JPS6190849A - 過負荷防止継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 プ　　技　　術　　分　　野 この発明は、ねじ切シ工具やドｌ）　７しなどの回転工
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、簡単のため継手固体という）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１、負荷が過大になシ、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
個の結合域である。結合域を収容するために、継手筒体
の外周面には、結合域の直径よりも浅い内は室を穿つ。

結合円筒の内周面には外球室を穿っである。外球室に続
いて、結合域が、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って、常時、結合域を、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
結合域が外方へ押し出され、退避室に入る。結合域が退
避室に入ったので、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、螺切シ工具やトリ）ｖ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った時に螺切シ工具など
が折れたシ、刃がこぼれたシするのを防ぎ、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
場合であっても、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
２５１）１４８によっ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
域が嵌入しているべき外球室になっている。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
あって、軸方向に結合域を押圧している。

円錐面のために結合域は、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
合域はこの結合状態に於て継手筒体の内は室と結合円筒
の内球室とにまたがって存在している。従って継手筒体
と結合円筒は結合され同一速度で回転する。

過負荷がかかった時、結合円筒の貫通穴の外向き傾斜面
のために結合域は、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名。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域が退避す
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、結合域に対し、
安定した退避位置が存在しない、という欠点があった。

結合域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。狭い円錐頂面によって結合域を押圧し、退
避位置に保持している。したがって、過負荷状態になる
ことがたびたびでちれば、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、という欠点があった。

さらに、結合円筒の貫通穴の外向き傾斜面によって結合
域を、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シ得る。しかし、反対方向の回
転に対しては結合状部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
いう欠点があった。

イギリス特許明細書１４１５　ｔａｓ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シうる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シ、
案内溝の終端に退避室が穿たれている。

皿バネによっ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
力によっ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、案内溝を通っ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は出ているから、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っ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、非結合状態になった場合、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。

本光明者は、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
によって動かすには、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
傾斜を仮に接続的傾斜とよぶ。

（Ｉ７）発明の目的 長時間の使用によって部品が摩耗せず長寿命であって、
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。

に）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ずるよう設けている。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っている。

ドイツ特許公報２５１）１４８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
斜壁にそって結合は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った。傾
斜壁といっ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ってもよいが、長溝になっ
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
球はます長溝にそって軸方向に進み、長−溝線型の端に
おいてこれから離れ、半径方向に動いて傾斜球室に入シ
こみ、さらに退避室の中へ押しこまれるようになってい
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１ｌＱｌ＋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。

このような接線的傾斜面（案内溝）があったから、従来
の過負荷防止継手は単方向性だったのである。

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、傾斜球室に連通ずる退避室を、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１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
によって、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。従って、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滅しないし
、たとえ少し摩滅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っ
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
、長溝となっ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、非結合状態になった後、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
の中へ戻っ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。

いったん道理型に入っ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
力によって決まる。この摩擦力の大きさは退避室の深さ
によって決定される。ｉ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。

（３）実施例 ２つの実施例を図面によって説明する。

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とよりなっている。

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）によって回転自在に支持され、下端の工具嵌着節
５に、螺切りタップやドリルなど回転工具を取付けるよ
うになっている。

継手筒体１の外周面には、軸方向に平行にのびる長６°
りが穿たれている。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っている。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８０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によって押上げられている。押
圧リング９は皿バネ１０によって弾性力を受けている。

皿バネ１０の下端は止め板１）によって支持される。止
め板１）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によって常時、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
傾斜球室になっている）の内向き傾斜面の作用によって
、結合球７は、内側の長？＋Ｉｆｆ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。

負荷が過大になった時、継手筒体１と結合円筒２０間の
伝達トルクが嫡めて大きくなる。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に沿って下シ、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γは、傾斜球室８の＃４斜面１３の形状に従って
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γ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に沿って下降する。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と継手本体１外周面との摩擦力によって
、結合球７は継手本体１の相対回転方向にある退避室１
４ａ又は１４ｂに没入する。この状Ｓを非結合状態とい
い、第７図、第８図によって示す。

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
る限シ、僅かであるが結合球には、退避室１４ａ、１４
ｂ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っている。いったん非結合状態に
なると、負荷が殆どなくなって軽くなるが、そのまま結
合状態に戻るわけでは、ない。ヒステリンスがある。同
一方向の回転を続ける限夛、結合状態には戻らないから
安全である。また、次の球室に当たって結合球とは室の
壁面が傷つくということもない。

回転方向を逆にして作かに回すと、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。下方にちる筒体１″は工
具が挿入固定されるべき工具挿入筒体でちる。

駆動筒体１′は結合円筒２と一体になっている。

この実施例は、第１の実施例と部材の構成がほぼ反対に
なっている。

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、外球室が長溝になっている。

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って
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′
によって、（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１
２によって押えられている。

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、嵌め輪などによって結合円筒２に対し回
転可能に支承される。

長溝球室８０両側には、やや上方に退避室１４ａ１）４
ｂ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）の深さをもっている。

第９図〜第１２図は、結合状態を示している。第１）図
、第１２図の拡大断面図で分るように、結合球７は、は
ぼ半分が結合円筒２の長溝球室６に入っておシ、残シの
半分が、工具挿入筒体１″　の傾斜線室８に入っている
。従って、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って回転する。

過負荷になると、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γ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
力によっ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。たとえ摩耗があったところで
、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
間に入れである。

力１効　果 （１）　　螺切り工具やドリルなど回転工具と、モータ
、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、左廻シにも右
８シ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シ工具のための過負
荷防止継手の縦断面図。 第２図は第１図中の田−■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ＩＶ−ｆｆ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１）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Ｂ）。 第１２図は第１）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　パ　ネ １）・・止　め　板 １２・・外　　筒 １３・・傾　斜　面 １４・・退　避　室 １４＆・・右退避室 １４ｂ・・左退避室 １５　・・　押圧リングの前端面 ヘ　−ｊ　　ｒＳ　ｒ ｃ″　　　　　　　　　ウ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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の方に開口し軸方向に
   穿たれ、結合球７の直径とほぼ同じ幅を持つ退避室１４
   ａ、１４ｂを少なくともひとつ有する傾斜球室８となつ
   ている事を特徴とする過負荷防止継手。
2. （２）傾斜球室８は、両側に退避室１４ａ、１４ｂを備
   え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. （３）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）項又は第（２）項
   記載の過負荷防止継手。
4. （４）傾斜球室８は、軸方向に穿たれた退避室１４ａ、
   １４ｂに向う方向に傾いた円錐的傾斜面１３を有する事
   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. （５）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（４）項のいずれかに記載の過負
   荷防止継手。
6. （６）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
   けられている事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   〜第（５）項のいずれかに記載の過負荷防止継手
7. （７）継手本体が駆動筒体１′と工具挿入筒体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（５）項のいずれかに記載の過負荷防止継
   手。