JPH0735170A - 減速機及び減速機能を備えた自動復帰型トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長い時間間隔をおいて自動復帰し、再復帰時
間のばらつきの少ないトルクリミッタを提供する。 【構成】 内輪１の偏心面６に取付けたガイドローラ軸
受７の公転により、係合ローラ２９の保持器２７と一体
になった出力リング８を偏心運動させ、外輪２のくさび
面１４と出力リング８の間にくさび形空所１２を設け、
この空所１２にローラ１５とＳ字形ばね１６を組込む。
内輪１の回転により出力リング８が偏心すると、出力リ
ング８の内外径方向の偏心部分との間でローラ１５から
出力リング８に作用する送り力に差が生じ、この差によ
り保持器２７が低速度で係合ローラ２９を移動させる。
Ｓ字形ばね１６による出力リング８の保持器トルクを係
合ローラ２９がトルク遮断するときに保持器２７に作用
するトルクよりも大きく設定すると、保持器２７の動き
が保持され、再復帰動作が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、減速機と、減速機能
を備えた自動復帰型のトルクリミッタに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、一般に用いられてい
る減速機として遊星歯車やウォーム等の歯車機構を利用
したものが知られるが、この種の歯車を用いた減速機
は、減速比が通常数分の１から数十分の１までの範囲に
あり、構造上数百分の１以上の大きな減速比をとること
ができない。

【０００３】また、複数の歯車を使用するために、比較
的高価なものとなり、形状も大きくなる問題がある。

【０００４】また、一般の産業機械において、機械の致
命的事故の防止のために、従動側が過負荷になると原動
機側の動力伝達を切離し、従動側が正常状態に回復する
と、自動的に元の状態に復帰して動力伝達を繰り返す安
全装置を組込む場合がある。この様な安全装置では、原
動機側が高速度で回転している状態で極めて短い時間間
隔で自動復帰が繰り返されると、従動側に無理を強いる
ことになるため、所定の長い時間間隔をおいて自動復帰
する機能が求められる。

【０００５】しかし、従来のこの種の安全装置として、
過負荷を防止するだけのシェアピンやトルクリミッタは
多く存在するが、正常状態に戻った時自動復帰できる機
能を備えた装置は少ない。

【０００６】また、自動復帰機能をもつトルクリミッタ
として、図８に示すように、互いに接近する方向に加圧
される２つの円板４１、４２の間に、ボール４３と保持
器４４を組込み、一方の円板４１に設けたポケット４５
に対してボール４３を嵌合離脱させることにより円板４
１と保持器４４の間でトルクの伝達と遮断を行なうポケ
ットボール方式のトルクリミッタがあるが、この構造で
は、長い時間をかけて再復帰することができず、また、
ボール４３がポケット４５に嵌合離脱するときの衝撃が
大きく、トルクの伝達遮断時に大きな騒音や振動が発生
しやすい問題がある。

【０００７】この発明は、上記の問題を解決するために
なされたもので、その第１の目的は、簡単な構造とコン
パクトな形状で高い減速比を設定できる減速機を提供す
ることにある。

【０００８】また、この発明の第２の目的は、上記の減
速機を用いることにより、長い時間間隔をおいて安定し
て自動的に再復帰することができるトルクリミッタを提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、この発明の減速機は、内外に嵌合する２つの部
材の一方を回転側、他方側を静止側とし、その２つの部
材の間に出力リングを嵌合させ、この出力リングと静止
側の部材の対向する間の一方に円筒面を、他方に、その
円筒面との間で円周方向のくさび形空所を形成する複数
のくさび面をそれぞれ形成し、この各くさび面と円筒面
の間に、ローラと、そのローラをくさび形空所の幅狭部
に向かって押圧する弾性材を組込み、上記出力リングと
回転側の部材の間に、その回転側部材の回転を出力リン
グの偏心運動に変換する手段を設け、この出力リングの
偏心量を、偏心した出力リングと静止側の部材との間で
少なくとも１個のローラがくさび面と円筒面に同時に接
触する大きさに設定したのである。

【００１０】また、上記第２の目的を達成するため、こ
の発明の自動復帰型トルクリミッタは、上記の減速機に
おける内外の２つの部材間に、係合子と、その係合子を
保持する保持器を組込み、上記２つの部材の対向面の一
方に円筒状の係合面を、他方に、その係合面との間で係
合子を係合させる複数のカム面を設け、この係合子が係
合する位置以外のカム面と係合面間の距離を係合子が移
動できる大きさで形成し、上記カム面の表面又はカム面
を備える部材を弾性変形可能に形成し、上記係合子の保
持器を上記減速器の出力リングに連結した構造としたの
である。

【００１１】

【作用】上記の減速機においては、回転側の部材が回転
して出力リングが偏心運動を起こすと、偏心した側のロ
ーラは、傾斜したくさび面に沿って弾性材側へ移動し、
弾性材の撓み量が増加してローラとくさび面及び円筒間
との接触力も増加する。

【００１２】この場合、くさび面と円筒面間のくさび効
果によりローラが各接触位置で滑らないように姿勢が保
持されるため、ローラとの転がり接触によって出力リン
グが回転側の部材と同じ回転方向に送り出される。一
方、偏心方向とは反対側のローラでは、上記とは逆の現
象により出力リングを逆方向に送り出そうとするが、こ
の方向では、弾性材の撓み量が減少し、ローラとくさび
面及び円筒面間の接触力が小さくなるため、出力リング
に作用する送り力が小さくなる。

【００１３】上記の作用は、出力リングの偏心と共に全
てのローラで同様に生じ、この出力リングに作用する送
り力の差により、出力リングはわずかな量ずつ回転側の
部材と同じ方向に回転し、回転側の部材との間で大きな
減速比を得ることができる。

【００１４】上記の構造では、弾性材の押圧力がローラ
を介して出力リングにくさび面と円筒面に向かう垂直力
を発生させるため、押圧力を変えることにより出力リン
グの保持トルクを任意に設定することができる。この設
定された出力リングの保持トルクより大きなトルクが作
用すると、出力リングとローラ間で滑りが生じるため、
出力リングの保持トルクが減速機の最大伝達トルクとな
る。

【００１５】一方、この発明のトルクリミッタでは、内
外に嵌合する２つの部材が相対回転すると、係合子が係
合面とカム面間の係合位置で係合し、両部材を一体で回
転させる。この状態から、従動側の部材に過負荷が加わ
ると、カム面又はカム面を備える部材が弾性変形し、さ
らに作用する負荷が増大した時点で係合が係合位置を通
過し、トルク伝達が停止される。

【００１６】係合子が係合位置を通過すると、減速機の
出力リングに連結する保持器が、上述した減速機の作動
により駆動側の部材に対し大きく減速されて回転駆動さ
れるため、係合子は低速度で移動し、長い時間間隔をお
いて次の係合位置へ送られる。

【００１７】上記のトルクリミッタでは、係合子が係合
位置を通過する際に保持器に加えるトルクに対して、減
速機の出力リングの保持トルクを大きく設定することに
より、保持器の動きが安定し、係合子の再復帰動作を安
定して行なうことができる。

【００１８】

【実施例】図１乃至図３は実施例の減速機を示してい
る。図において、１は内輪、２はその内輪１の外側に嵌
合する外輪であり、この外輪２は、外径面が固定部材３
に嵌合して静止した状態に保持されている。

【００１９】内輪１の内径面には、キー４を介して入力
軸５が取付けられ、内輪１の外径面が、入力軸５の中心
線に対して偏心量εで偏心する偏心面６となっている。
また、この偏心面６の外側にはガイドローラ軸受７が嵌
合され、そのガイドローラ軸受７と外輪２の内径との間
にリング状の出力リング８が嵌め込まれている。

【００２０】この出力リング８は、内径面と外径面が同
芯の円筒面９、１０で形成され、内径側の円筒面９が、
ガイドローラ軸受７の外径面にすき間をもって遊嵌され
ている。この構造では、入力軸５の駆動により内輪１が
回転すると、偏心面６の動きに伴って公転するガイドロ
ーラ軸受７が、自転しつつ出力リング８を偏心させる。
このため、出力リング８は回転力がほとんど伝わらずに
偏心運動のみを起こす。すなわち、偏心面６とガイドロ
ーラ軸受７が、内輪１の回転を出力リング８の偏心運動
に変換する変換手段を構成する。

【００２１】一方、外輪２の内径面には、円筒方向に等
間隔で複数のポケット状凹部１１が形成されている。こ
の凹所１１は、ローラ１５が組込まれるくさび形空所１
２と、ばね収納空所１３とから成り、くさび形空所１２
の外径側に、出力リング８の外径側の円筒面１０に対し
て円周方向に傾斜するくさび面１４が形成されている。
また、ばね収納空所１３にはＳ字形ばね１６が組込まれ
ており、このＳ字形ばね１６が、ローラ１５をくさび形
空所１２のくさび面１４と円筒面１０に接触するように
押圧している。

【００２２】上記ローラ１５の直径ｄは、くさび形空所
１２の幅狭部１２ａの寸法よりも大きく形成され、ま
た、くさび面１４のくさび角２αは、ローラ１５がくさ
び面１４に沿って移動した時ローラ１５に滑りが生じな
い角度に設定されている。

【００２３】上記の構造で成る減速機Ａにおいては、内
輪１が図２において矢印方向に回転すると、ガイドロー
ラ軸受７が偏心して公転運動をし、そのガイドローラ軸
受７との接触により出力リング８が偏心運動を起こす。

【００２４】このとき、出力リング８が外径方向に偏心
した部分では、ローラ１５がくさび面１４に沿ってＳ字
形ばね１６側へ押し出され、Ｓ字形ばね１６の撓み量が
増大し、ローラ１５のくさび面１４と円筒面１０に対す
る接触力も増加する。この場合、ローラ１５が接触位置
で滑らないようにくさび面１４のくさび角２αが設定さ
れているので、ローラ１５はくさび形空所内を転がりな
がら移動し、出力リング８を内輪１の回転方向に送り出
す。この状態で、出力リング８の回転を妨げる力として
は、ガイドローラ軸受７の摩擦トルクがあるが、転がり
運動をするガイドローラ軸受７の摩擦トルクは小さく、
回転を妨げる抵抗とならない。

【００２５】一方、出力リング８が内径方向に偏心した
部分では、上記と同様の作用により出力リング８を上記
とは逆方向に送り出す力が生じるが、この部分ではロー
ラ１５がＳ字形ばね１６から離れ、ばね１６の撓み量が
減少して接触力も小さくなるため、出力リング８に対す
る送り出し力も小さくなる。

【００２６】このように、出力リング８が外径方向と内
径方向に偏心した部分の間で送り出し力に差が生じ、こ
の差により出力リング８は内輪１の回転方向に微小な距
離ずつ移動する。この出力リング８の移動量Ｓは、内輪
１の偏心面６の偏心量εとくさび２αにより調節するこ
とができるが、その偏心量εをガイドローラ軸受７の外
径寸法に対して十分に小さく設定することにより、出力
リング８の移動量Ｓをわずかな量に設定でき、出力リン
グ８と入力軸５の間での減速比を極めて高い値で設定す
ることができる。

【００２７】また、上記構造の減速機Ａでは、Ｓ字形ば
ね１６のばね力Ｆが、ローラ１５を介して外輪２にＮｏ
の垂直力、内輪１にＮｉの垂直力を発生させるとした場
合、ローラ１５の数をｎ、出力リング８の外径をｒ、出
力リング８とローラ１５間の摩擦係数をμとすると、出
力リング８の保持トルクＴは次の式で表わされる。

【００２８】Ｔ＝ｎ×ｒ×μ×Ｎｉ この場合、保持トルクＴより大きなトルクが出力リング
に作用すると、出力リング８とローラ１５間で滑りが生
じることになる。このため、上記出力リング８の保持ト
ルクＴが減速機の最大伝達トルクとなり、これはＳ字形
ばね１６のばね力Ｆを調整することにより任意に設定す
ることができる。また、出力リング８が偏心することに
より、各偏心位置でのばね力Ｆも変化するが、全体とし
て垂直力の総和が変わらないため、最大伝達トルクも変
化しない。

【００２９】なお、上記の例では、外輪２を静止状態と
して内輪１を入力側としたが、逆に内輪を固定して外輪
を入力側としてもよい。

【００３０】一方、図４乃至図７は、上記の減速機Ａを
用いて形成した自動復帰型のトルクリミッタの実施例を
示している。なお、前述した部品と同じ機能を有する部
品については、同じ符号を付して説明を省略する。

【００３１】このトルクリミッタにおいては、内輪１の
減速機Ａとは反対側端部の外径面に、入力軸５の中心線
と中心が一致する円筒状の係合面２１が形成されてい
る。

【００３２】また、内輪１の外側には、減速機Ａの外輪
２と並列してクラッチ用外輪２２が嵌合されている。こ
のクラッチ用外輪２２は、周面の１ケ所に内径面から外
径面にわたる割れ目２３が形成され、この周面の分離に
より外輪２２全体に径方向に変形可能な弾性が与えられ
ている。このクラッチ用外輪２２と減速機Ａとの間に
は、減速機の外輪２と出力リング８間のすき間を塞ぐ中
間板２４が挿入され、減速機Ａのローラ１５やＳ字形ば
ね１６の抜け出しを防止している。

【００３３】また、クラッチ用外輪２２の内径面には、
それぞれ内輪１の係合面２１に対して円周方向に傾斜す
る複数のカム面２６が形成されている。

【００３４】上記内輪１とクラッチ用外輪２２の間に
は、減速機Ａの出力リング８と一体に形成された環状の
保持器２７が嵌め込まれている。この保持器２７の周面
には、クラッチ用外輪２２の各凹所２５に対応させて複
数のポケット２８が形成され、その各ポケット２８にそ
れぞれ係合子としての係合ローラ２９が組込まれてい
る。

【００３５】この係合ローラ２９の直径寸法Ｄは、内輪
１の係合面２１とカム面２６で形成されるくさび状空間
３０の幅狭部３０ａの寸法よりも大きく設定され、幅狭
部３０ａの近傍でのみ係合ローラ２９が係合面２１とカ
ム面２６に係合するように設定されている。また、上記
幅狭部２０ａの近傍以外の内輪１とクラッチ用外輪２２
間の間隔は、係合ローラ２９の直径Ｄより大きく形成さ
れ、係合ローラ２９が抵抗なく移動できる大きさに形成
されている。

【００３６】上記クラッチ用外輪２２の外側には、外周
面にベルト係合溝３１を設けたケース３２が嵌合され、
そのケース３２に端面に、減速機Ａを外部から塞ぐ蓋板
３３が取付けられている。このケース３２の内径面３４
には、減速機Ａの外輪２が圧入嵌合され、ケース３２と
外輪２が一体で共回りするように連結されている。ま
た、ケース３２内の内周面にはトルク伝達用凹所３５が
形成され、その凹所３５に組合されるトルク伝達用突起
３６がクラッチ用外輪２２の外径面に形成されている。

【００３７】実施例のトルクリミッタは上記のような構
造であり、入力軸５の駆動により内輪１を回転させる
と、係合ローラ２９がカム面２６と係合面２１間に喰い
込んでロック状態となる。このため、内輪１と共にクラ
ッチ用外輪２２が一体に回転し、そのクラッチ用外輪２
２のトルクがケース３２に伝わり、ベルト係合溝３１に
取付けたベルト等を介して回転力が外部に伝達される。

【００３８】この状態から、従動側（ケース３２側）に
作用する負荷が増大すると、クラッチ用外輪２２の周面
が割れ目２３により分離されているため、クラッチ用外
輪２２が拡径し、係合ローラ２９の喰い込み量が増大す
る。

【００３９】さらに、従動側に加わる負荷が増大し、カ
ム面２６と係合面２１の間を係合ローラ２９が通過する
と、内輪１が空転し、トルクの伝達が遮断される。

【００４０】このように伝達トルクが伝達遮断トルクを
越えて内輪１がケース３２に対して相対回転すると、減
速機Ａのガイドローラ軸受７が公転し、それに伴なって
出力リング８が偏心運動をする。

【００４１】これにより、前述した減速機Ａの減速作用
によって出力リング８（保持器２７）がわずかな量ずつ
回転し、この保持器２７の回転につれてクラッチ側の係
合ローラ２９も内輪１と同じ回転方向に低速度で移動す
る。このため、係合ローラ２９は、長い時間間隔をおい
て次のくさび状空間３０の幅狭部３０ａまで移動し、再
びカム面２６と係合面２１間に喰い込んでトルクを伝達
できるようになる。

【００４２】上記のトルクリミッタにおいて、保持器２
７（出力リング８）を回転させる保持トルクＴは、減速
機ＡのＳ字形ばね１６のばね力を変更することにより調
整することができる。いま、この保持トルクＴを、係合
ローラ２９がくさび状空間３０の幅狭部３０ａを通過す
るときに保持器２７に伝えるトルクよりも大きく設定し
ておくと、係合ローラ２９がくさび状空間３０を通過し
てトルク遮断する時の保持器２７の動きを安定して保持
することができ、再復帰時間のばらつきを抑えることが
できる。この保持トルクＴの調整は、実際には、係合ロ
ーラ２９の寸法や出力リング８の外径寸法の変更により
Ｓ字形ばね１６の撓み量を変更するか、ばね定数の異な
るＳ字形ばね１６に変更することによって行なえるの
で、上述した保持トルクＴの適正範囲への設定を容易に
行なうことができる。

【００４３】なお、上記実施例のトルクリミッタでは、
内輪１を入力側とし、外輪２２を従動側としたが、逆に
内輪側に負荷をかけ、外輪側から回転させるようにして
も同様の作用を得ることができる。

【００４４】

【効果】以上のように、この発明の減速機は、歯車機構
を利用せずに、出力リングの偏心運動に伴なうくさび面
でのローラの転がり接触により出力リングを減速して回
転させるので、簡単な構造で高い減速比を設定すること
ができ、減速機の小型化と低コスト化が可能となる。ま
た、ローラに対する弾性材の押圧力を調整することによ
り最大伝達トルクを設定できるので、過負荷防止機能付
きの減速機として利用できる利点がある。

【００４５】一方、この発明のトルクリミッタは、減速
機の作用により係合子を低速度で移動できるので、簡単
な構造で再復帰時間の長いトルクリミッタを提供するこ
とができる。また、保持器の保持トルクを簡単に調節で
きるので、トルク遮断時の保持器の動きを確実に保持す
ることができ、安定した再復帰動作を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】減速機の実施例を示す断面図

【図２】図１のII−II線の断面図

【図３】同上の要部を拡大して示す断面図

【図４】トルクリミッタの実施例を示す断面図

【図５】図４のＶ−Ｖ線の断面図

【図６】図４のVI−VI線の断面図

【図７】同上のクラッチ部分を拡大して示す断面図

【図８】従来例を示す断面図

【符号の説明】

１ 内輪 ２ 外輪 ５ 入力軸 ６ 偏心面 ７ ガイドローラ軸受 ８ 出力リング ９、１０ 円筒面 １２ くさび形空所 １４ くさび面 １５ ローラ １６ Ｓ字形ばね ２１ 係合面 ２２ クラッチ用外輪 ２６ カム面 ２７ 保持器 ２９ 係合ローラ ３０ くさび状空間 ３２ ケース Ａ 減速機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内外に嵌合する２つの部材の一方を回転
   側、他方側を静止側とし、その２つの部材の間に出力リ
   ングを嵌合させ、この出力リングと静止側の部材の対向
   する間の一方に円筒面を、他方に、その円筒面との間で
   円周方向のくさび形空所を形成する複数のくさび面をそ
   れぞれ形成し、この各くさび面と円筒面の間に、ローラ
   と、そのローラをくさび形空所の幅狭部に向かって押圧
   する弾性材を組込み、上記出力リングと回転側の部材の
   間に、その回転側部材の回転を出力リングの偏心運動に
   変換する手段を設け、この出力リングの偏心量を、偏心
   した出力リングと静止側の部材との間で少なくとも１個
   のローラがくさび面と円筒面に同時に接触する大きさに
   設定した減速機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の減速機における内外の
   ２つの部材間に、係合子と、その係合子を保持する保持
   器を組込み、上記２つの部材の対向面の一方に、円筒状
   の係合面を、他方に、その係合面との間で係合子を係合
   させる複数のカム面を設け、この係合子が係合する位置
   以外のカム面と係合面間の間隔を係合子が移動できる大
   きさで形成し、上記カム面の表面又はカム面を備える部
   材を弾性変形可能に形成し、上記係合子の保持器を上記
   減速器の出力リングに連結して成る減速機能を備えた自
   動復帰トルクリミッタ。