JPWO2015166525A1 - トルク伝達機構 - Google Patents

Abstract

このトルク伝達機構（１）は、入力軸（２１）と、出力軸（２２）と、接続部（２３ｂ）を有する中間部（２３）とを含む伝達機構部（２）を備える。トルク伝達機構は、接続部と接続されて中間部の回転を規制する接続状態と、接続部との接続が解除されて中間部の回転を許容する解除状態との間で切り替え可能であるとともに、接続状態で所定以上のトルクが作用した場合に、解除状態に切り替えられるように構成された制限機構部（３）を備える。

Description

この発明は、トルク伝達機構に関し、特に、所定値以上の入力トルクを出力軸側に伝達することを阻止するトルク制限機能を有するトルク伝達機構に関する。

従来、トルク制限機能を有するトルク伝達機構が知られている。このようなトルク伝達機構は、たとえば、米国特許第６２３１０１２号明細書に開示されている。

上記米国特許第６２３１０１２号明細書に開示されているトルク伝達機構は、入力軸と、出力軸と、入力軸と出力軸とを接続する中間ギヤ部とを備えている。中間ギヤ部には、外周部に切欠を設けた軸部材の両端に、入力側ギヤと出力軸ギヤとがそれぞれ設けられている。所定値以上の入力トルクが中間ギヤ部の軸部材に加わると、切欠部分が折損（破断）する。これにより、中間ギヤ部の入力側ギヤの回転が出力側ギヤに伝達されなくなる。この結果、所定値以上の入力トルクが出力軸側に伝達されることが阻止される。

米国特許第６２３１０１２号明細書

上記米国特許第６２３１０１２号明細書のトルク伝達機構では、軸部材の折損によってトルク伝達を制限しているため、トルク制限機能の作動後（軸部材の折損後）には、軸部材を交換する必要がある。そのため、部品交換を行わない限り、トルク制限機能の作動後にリセットすることができないという問題点がある。特に、トルク伝達機構を航空機の舵面制御装置（舵面駆動装置）に用いる場合、航空機の整備時間中（例えば、一晩、あるいは次のフライトまでの数時間）という限られた時間内に、迅速にトルク制限機能の復旧作業を行う必要がある。そのため、トルク制限機能の復旧に部品交換作業が必要なトルク伝達機構では、トルク制限機能の迅速な復旧が困難となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、トルク制限機能の作動後のリセットが可能なトルク伝達機構を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるトルク伝達機構は、入力軸と、出力軸と、接続部を有する中間部とを含み、入力軸に入力される入力トルクを中間部を介して出力軸に伝達する伝達機構部と、接続部と接続されて中間部の回転を規制する接続状態と、接続部との接続が解除されて中間部の回転を許容する解除状態との間で切り替え可能であるとともに、接続状態で所定以上のトルクが作用した場合に、解除状態に切り替えられるように構成された制限機構部とを備える。

この発明の一の局面によるトルク伝達機構では、上記のように、伝達機構部の中間部に接続部を設け、かつ、接続部と接続されて中間部の回転を規制する接続状態と、接続部との接続が解除されて中間部の回転を許容する解除状態との間で切り替え可能であるとともに、接続状態で所定以上のトルクが作用した場合に、解除状態に切り替えられるように構成された制限機構部を設ける。これにより、通常時には、中間部が出力軸に伝達するトルクの反力を、接続状態にある制限機構部が受け止めることにより、入力軸のトルクを出力軸に伝達することができる。そして、中間部を介して制限機構部に所定以上のトルクが作用した場合には、制限機構部を解除状態に切り替えて接続部との接続を解除することができる。その結果、中間部は出力軸側にトルクを伝達できずに空転するようになるので、所定以上の入力トルクが出力軸側に伝達されることを阻止することができる。そして、解除状態に切り替えた制限機構部を元の接続状態に切り替えれば、再び入力軸のトルクを出力軸に伝達することができるようになる。以上から、本発明によれば、トルク制限機能の作動後のリセットを行うことが可能なトルク伝達機構を得ることができる。

上記一の局面によるトルク伝達機構において、好ましくは、制限機構部は、接続状態で接続部と係合する接続位置と、解除状態で接続部との係合が解除される解除位置とに移動可能な切替部と、切替部を支持するとともに、接続位置にある切替部に所定以上のトルクが作用した場合に、切替部の解除位置側への移動を許容するトルク制限部とを含む。このように構成すれば、中間部側から切替部に作用するトルクによって切替部を接続位置から解除位置へ移動させることができる。

この場合、好ましくは、制限機構部は、切替部を接続位置に移動させる復帰入力部をさらに含む。このように構成すれば、切替部が解除位置に移動した後、復帰入力部によって、容易に、切替部を接続位置に戻す（接続状態にリセットする）ことができる。

上記制限機構部が復帰入力部を含む構成において、好ましくは、制限機構部を収容するハウジングをさらに備え、復帰入力部は、一端側が切替部に固定されるとともに、他端側がハウジングの外部に露出するように設けられ、ハウジングの外部からの操作により切替部を接続位置に移動させるように構成されている。このように構成すれば、ハウジングの外部からリセット操作を行うことができる。これにより、たとえばハウジングの一部（蓋部など）を分解して切替部を露出させて切替部を移動させるような作業が不要となるので、リセット作業を容易化することができる。

上記制限機構部が切替部とトルク制限部とを含む構成において、好ましくは、接続部は、中間部に設けられた接続用ギヤであり、切替部は、接続用ギヤと噛み合うギヤ部分を一部に有するセクターギヤである。このように構成すれば、切替部のギヤ部分と中間部の接続用ギヤとが噛み合う位置を接続位置とし、ギヤ部分と接続用ギヤとの噛み合いがなくなる位置を解除位置とすることができる。これにより、切替部を回動させるだけで、容易に、切替部を接続位置と解除位置とに移動させることができる。また、切替部が解除位置へ回動した場合でも、切替部を逆方向に回動させるだけで、ギヤ部分と接続用ギヤとを再び噛み合わせることができる。したがって、切替部を接続位置に戻す際に、切替部の回転位置と接続部の回転位置とを正確に合わせる必要がないので、リセット作業をさらに容易化することができる。

上記一の局面によるトルク伝達機構において、好ましくは、伝達機構部は、サンギヤを有する入力軸と、プラネタリーギヤを有する出力軸と、内歯のリングギヤを有する中間部とを含む遊星歯車機構であり、接続部は、中間部の外周部に設けられている。このように構成すれば、中間部の外周部に接続部を設けるだけの簡単な構造で、制限機構部と中間部（接続部）とを接続することができる。また、トルク伝達を行う遊星歯車機構の内部構造とは無関係に、遊星歯車機構（中間部）の外周部に接続部を設けるだけでよいので、制限機構部を設ける場合でも、設計上の自由度を維持することができる。

上記制限機構部が切替部とトルク制限部とを含む構成において、好ましくは、トルク制限部は、切替部が接続部と接する解除位置に到達した場合に、切替部を接続部から離間する退避位置に移動させるように構成されている。このように構成すれば、切替部が解除位置に移動して中間部が空転するようになる場合に、空転する中間部（接続部）と切替部とが接触するのを防止することができる。

この場合、好ましくは、トルク制限部は、ボールランプ部を有する一対のカム部と、一対のカム部の間に配置されたボールと、一対のカム部を互いに近付く方向に付勢する付勢部材とを含むボールランプ機構であり、一対のカム部は、一方が切替部と接続されるとともに他方に対して相対移動可能に構成され、付勢部材の付勢力が働いている状態で、切替部の解除位置に対応する第１部分から退避位置に対応する第２部分に向けてボールを誘導するように傾斜した傾斜路を有する。このように構成すれば、アクチュエータなどの外部動力源を設けることなく、ボールランプ機構のカム部に傾斜路を設ける簡単な構造で、切替部が解除位置に到達した場合に自発的に切替部を退避位置まで移動させる構成を得ることができる。また、従来のように、軸部材を折損することによりトルク制限を行う場合、トルクの所定値（制限値）は、軸部材の加工精度や軸部材の材料硬度などに依存する。このため、加工誤差や材料硬度のばらつきによって、トルクの所定値が変動してしまう。これに対して、本発明によれば、ボールランプ機構をトルク制限部に採用することができるので、切替部を移動させるトルクの所定値がばらつくのを抑制することができる。この結果、正確なトルク制限動作が可能となる。

上記のように、本発明によれば、トルク制限機能の作動後のリセットが可能なトルク伝達機構を提供することができる。

本発明の一実施形態によるトルク伝達機構を示した模式的な縦断面図である。 （Ａ）は、接続位置におけるトルク制限部のボール収容部の模式的な展開図である。（Ｂ）は、接続位置における切替部と接続部とを軸方向から見た模式図である。 （Ａ）は、解除位置におけるトルク制限部のボール収容部の模式的な展開図である。（Ｂ）は、解除位置における切替部と接続部とを軸方向から見た模式図である。 （Ａ）は、退避位置におけるトルク制限部のボール収容部の模式的な展開図である。（Ｂ）は、退避位置における切替部と接続部とを軸方向から見た模式図である。 カム部の軸方向端面を示した模式図である。 ボールランプ部において作用するトルクおよび軸方向力を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態によるトルク伝達機構を航空機の舵面駆動装置に適用した例を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるトルク伝達機構の第１変形例による伝達機構部を示した模式図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態によるトルク伝達機構の第２変形例による切替部および接続部を説明するための模式図である。（Ｂ）は、（Ａ）の軸方向から見た模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態によるトルク伝達機構１の全体構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態によるトルク伝達機構１は、入力軸２１に入力された入力トルクを出力軸２２に伝達する一方、所定値以上の入力トルクを出力軸２２側に伝達することを阻止するトルク制限機能を有する。トルク伝達機構１は、入力軸２１から出力軸２２にトルクを伝達する伝達機構部２と、所定値以上の入力トルクを出力軸２２側に伝達することを阻止する制限機構部３とを備えている。伝達機構部２および制限機構部３は、共通の（単一の）ハウジング４に収容されている。

入力軸２１は、入力トルク（駆動トルク）を発生させるモータなどのアクチュエータ側に接続される。また、出力軸２２は、アクチュエータの駆動トルクの伝達先である駆動部分に接続される。ここで、何らかの要因で駆動部分が動作不良に陥る場合、入力軸２１には、動作不良の駆動部分を動作させようと過大な入力トルクが入力される可能性がある。この場合、トルク伝達機構１は、所定以上のトルク入力をトリガーとして、制限機構部３を作動させるように構成されている。この結果、トルク伝達機構１は、アクチュエータから駆動部分に至る動力伝達系に過大なトルクが作用することを防止するように構成されている。

伝達機構部２は、入力軸２１と、出力軸２２と、接続部２３ｂを有する中間部２３とを含む。伝達機構部２は、入力軸２１に入力される入力トルクを中間部２３を介して出力軸２２に伝達するように構成されている。本実施形態では、伝達機構部２は、サンギヤ２１ａ、プラネタリーギヤ２２ａおよびリングギヤ（内歯車）２３ａを含む遊星歯車機構である。以下では、入力軸２１および出力軸２２の回転中心軸Ｏ１の延びるＡ方向を軸方向という。また、軸方向Ａと直交し、中心軸Ｏ１を中心とする半径方向をＢ方向として示す。

入力軸２１は、出力軸２２側（Ａ１側）の一端部にサンギヤ２１ａを有する。入力軸２１は、ハウジング４によって中心軸Ｏ１回りに回転支持されている。

出力軸２２は、入力軸２１に従って回転する回転軸（従動軸）である。出力軸２２は、プラネタリーギヤ２２ａと、キャリア部２２ｂとを有する。プラネタリーギヤ２２ａは、入力軸２１のサンギヤ２１ａと噛み合うとともに、中間部２３のリングギヤ２３ａと噛み合うように設けられている。プラネタリーギヤ２２ａは、図示しないが、中心軸Ｏ１回りの等角度間隔で、複数（たとえば、３つ）設けられる。キャリア部２２ｂは、複数のプラネタリーギヤ２２ａを、それぞれ軸部２２ｃ回りに回転可能に支持している。また、キャリア部２２ｂは、Ａ１方向側の軸部分でハウジング４に回転可能に支持されている。

中間部２３は、入力軸２１および出力軸２２の半径方向Ｂの外側に配置された円環状部材である。中間部２３は、内周部にリングギヤ（内歯車）２３ａを有する。また、本実施形態では、中間部２３は、外周部に接続部２３ｂを有する。接続部２３ｂは、後述するように、制限機構部３との接続および接続解除が自在なように構成されている。中間部２３は、中心軸Ｏ１回りに回転可能な状態でハウジング４に支持されている。これにより、中間部２３は、制限機構部３と接続された状態（接続状態）で、制限機構部３によって回転を規制される（回転不能となる）。一方、中間部２３は、制限機構部３との接続が解除された状態（解除状態）では、中心軸Ｏ１回りに回転可能となる。

本実施形態では、接続部２３ｂは、図２（Ｂ）に示すように、中間部２３の外周面に設けられた接続用ギヤである。接続部２３ｂは、中間部２３の外周面の全周に渡って周状に形成された接続用の外歯車である。接続部２３ｂのギヤ部分はスパーギヤ（平歯車）である。接続部２３ｂは、制限機構部３の後述する切替部（セクターギヤ）３１と噛み合うように構成されている。このように、中間部２３には、内周面にプラネタリーギヤ２２ａと噛み合う内歯車（リングギヤ２３ａ）が形成され、外周面に切替部３１と噛み合う外歯車（接続部２３ｂ）が形成されている。図１に示すように、リングギヤ２３ａと接続部２３ｂとは、軸方向Ａの同じ位置に配置されている。

制限機構部３は、伝達機構部２の外部（半径方向Ｂの外側の位置）に配置されている。制限機構部３は、接続部２３ｂと接続されて中間部２３の回転を規制する接続状態と、接続部２３ｂとの接続が解除されて中間部２３の回転を許容する解除状態とに切り替え可能に構成されている。そして、制限機構部３は、接続状態で所定以上のトルクが作用した場合に、解除状態に切り替えられるように構成されている。

具体的には、制限機構部３は、切替部３１と、復帰入力部３２と、トルク制限部３３とを含む。

切替部３１は、復帰入力部３２の一端（Ａ１側端部）に設けられている。切替部３１は、接続状態で接続部２３ｂと係合する接続位置Ｐ１（図２（Ｂ）参照）と、解除状態で接続部２３ｂとの係合が解除される解除位置Ｐ２（図３（Ｂ）参照）および退避位置Ｐ３（図３（Ｂ）参照）とに移動可能に構成されている。切替部３１は、接続部（接続用ギヤ）２３ｂと噛み合うギヤ部分３１ａを外周部の一部に有するセクターギヤである。したがって、切替部３１は、図２（Ｂ）に示すように、接続位置Ｐ１において、ギヤ部分３１ａと接続部２３ｂとが噛み合い係合する。接続位置Ｐ１では、ギヤの噛み合いによって、切替部３１には中間部２３側から入力トルクの一部（トルク伝達の際の反力）が作用する。切替部３１は、接続位置Ｐ１において、接続部２３ｂ側からトルクを受け止めて、中間部２３の中心軸Ｏ１回りの回転を支持する。

図３（Ｂ）に示すように、解除位置Ｐ２では、ギヤ部分３１ａと接続部２３ｂとの噛み合いがなくなることにより切替部３１と接続部２３ｂとの係合が解除される。そのため、切替部３１は、解除位置Ｐ２では接続部２３ｂ側からトルクを受けなくなる。なお、解除位置Ｐ２は、切替部３１が接続部２３ｂと接する位置（噛み合いがなくなる直後の位置）である。図４（Ｂ）に示すように、退避位置Ｐ３は、切替部３１が解除位置Ｐ２からさらに回動して、接続部２３ｂから離間するまで回動した位置である。したがって、退避位置Ｐ３では、切替部３１と接続部２３ｂとの接触が防止される。

図１に示すように、復帰入力部３２は、Ａ方向に延びる軸部材（インプットシャフト）である。復帰入力部３２は、一端側（Ａ１側端部）が切替部３１に固定されている。復帰入力部３２は、ラジアルベアリング４ａを介して、ハウジング４に回転可能に支持されている。したがって、切替部３１と復帰入力部３２とは、一体で中心軸Ｏ２回りに一体回転する。なお、図１では復帰入力部３２に切替部３１が一体形成されているように図示しているが、復帰入力部３２と切替部３１とは別体でもよい。

復帰入力部３２は、他端側（Ａ２側端部）がハウジング４の外部に露出するように設けられている。また、復帰入力部３２は、ハウジング４の外部からの操作により切替部３１を接続位置Ｐ１に移動させるように構成されている。具体的には、復帰入力部３２の他端（Ａ２側端部）には、六角穴などの係合部３２ａが形成されている。復帰入力部３２は、係合部３２ａに工具などを係合させて復帰入力部３２を回動させることにより、切替部３１を解除位置Ｐ２（退避位置Ｐ３）から接続位置Ｐ１に移動（復帰）させることが可能である。

トルク制限部３３は、切替部３１を支持するとともに、接続位置Ｐ１にある切替部３１に所定以上のトルクが作用した場合に、切替部３１の解除位置Ｐ２側への移動を許容するように構成されている。また、トルク制限部３３は、切替部３１が接続部２３ｂと接する解除位置Ｐ２に到達した場合に、切替部３１を接続部２３ｂから離間する退避位置Ｐ３に移動させるように構成されている。

具体的には、トルク制限部３３は、一対のカム部３３ａおよび３３ｂと、ボール３３ｃと、コイルバネ３３ｄとを含むボールランプ機構である。トルク制限部３３は、環状（円筒状）に形成され、内側に復帰入力部３２が挿入されている。コイルバネ３３ｄは、本発明の「付勢部材」の一例である。

一対のカム部のうち、Ａ１側のカム部３３ａは、復帰入力部３２のスプライン部３２ｂと係合している。Ａ２側のカム部３３ｂは、ハウジング４のスプライン部４ｂと係合している。これにより、一方のカム部３３ａが、復帰入力部３２を介して切替部３１と接続されるとともに、他方のカム部３３ｂに対して中心軸Ｏ２回りに相対移動（回動）可能に構成されている。つまり、Ａ１側のカム部３３ａは、切替部３１および復帰入力部３２とともに、中心軸Ｏ２回りに回動する。一方、Ａ２側のカム部３３ｂは、ハウジング４によって中心軸Ｏ２回りの回転方向には固定されている。スプライン係合によって、一対のカム部３３ａおよび３３ｂは、共に軸方向Ａに移動可能に構成されている。

また、一対のカム部３３ａおよび３３ｂは、コイルバネ３３ｄにより互いに近付く方向に付勢されている。具体的には、コイルバネ３３ｄは、ボール３３ｃを挟んでカム部３３ｂをカム部３３ａ側（Ａ１側）に付勢している。コイルバネ３３ｄのＡ２側端部は、環状のバネ座３４、スラストベアリング３５およびベアリング台３６を介して、復帰入力部３２に固定された係止部材３２ｃに支持されている。なお、コイルバネ３３ｄのＡ１方向側は、カム部３３ｂ、ボール３３ｃ、カム部３３ａおよびラジアルベアリング４ａを介して、復帰入力部３２のフランジ部３２ｄに支持されている。

ボール３３ｃは、一対のカム部３３ａおよび３３ｂの間に配置されている。具体的には、図５に示すように、カム部３３ａのＡ２側端面には、ボール収容部４０が形成されている。ボール収容部４０は、回転方向に等角度間隔で、複数（３つ）設けられている。したがって、ボール収容部４０は、円周の略３分の１の円弧形状を有する凹状部分である。なお、図示しないが、カム部３３ｂのＡ１側端面も、同様となっている。これらのボール収容部４０に、それぞれボール３３ｃが配置されている。ボール３３ｃは、カム部３３ａの回転とともに、ボール収容部４０内を移動する。なお、図５では、ボール収容部４０との区別のため、便宜的に、ボール収容部４０以外のカム部３３ａの端面部分にハッチングを付して図示している。

図２（Ａ）、図３（Ａ）および図４（Ａ）は、１つのボール収容部４０の展開図である。本実施形態では、ボール収容部４０は、ボールランプ部４１と、一対のボールポケット４２とを含む。また、ボール収容部４０には、ボールランプ部４１と境界部分４３との間をつなぐ平坦路４４と、境界部分４３とボールポケット４２とをつなぐ傾斜路４５とが形成されている。ここで、ボールランプ部４１は、切替部３１の接続位置Ｐ１に対応する部分である。また、境界部分４３は、切替部３１の解除位置Ｐ２に対応する部分である。また、ボールポケット４２は、切替部３１の退避位置Ｐ３に対応する部分である。カム部３３ａの回転方向（すなわち、ボール３３ｃの移動方向）に応じて、ボールポケット４２と、平坦路４４および傾斜路４５とは、それぞれ、ボールランプ部４１の両側に一対設けられている。なお、境界部分４３は、本発明の「第１部分」の一例である。また、ボールポケット４２は、本発明の「第２部分」の一例である。

ボールランプ部４１は、ボール３３ｃが嵌り込む凹状の斜面部である。ボール３３ｃは、ボールランプ部４１に収まる状態が安定状態となる。このボールランプ部４１の位置が、切替部３１の接続位置Ｐ１に対応するように、カム部３３ａおよび３３ｂの回転角度位置が決められている。そして、ボール３３ｃがボールランプ部４１を乗り越えて中心軸Ｏ２回りの回転方向に移動するために必要なトルク（すなわち、カム部３３ａを回転させるために必要なトルク）が、接続位置Ｐ１にある制限機構部３（切替部３１）を解除位置Ｐ２側へ移動させる所定のトルク（トルク制限値）に対応する。

すなわち、図６に示すように、カム部３３ａを介してボール３３ｃに作用するトルクＴと、トルクＴによってボール３３ｃがカム部３３ｂを押圧する軸方向力（軸方向Ａの力）Ｗとは、下式（１）で表される。
Ｗ＝Ｔ／（Ｒ×ｔａｎθ） ・・・（１）
ここで、Ｒは、中心軸Ｏ２からボール３３ｃの中心までの距離（半径）（図１参照）である。また、θは、ボールランプ部４１の傾斜角である。

上式（１）から、接続位置Ｐ１の切替部３１を支持可能なトルク上限値Ｔ_ｍａｘが入力された場合における、軸方向力Ｗ_ｍａｘの大きさを得ることができる。そして、得られる軸方向力Ｗ_ｍａｘと同等の付勢力がコイルバネ３３ｄから付与されるように、コイルバネ３３ｄのばね定数や寸法等が設定されている。なお、トルクＴ_ｍａｘは、中間部２３の接続部２３ｂから切替部３１に作用するトルクである。そのため、このトルクＴ_ｍａｘが、入力軸２１の入力トルクの所定値（許容されるトルクの上限値）に対応付けて決定される。

所定以上のトルクＴ（≧Ｔ_ｍａｘ）がボール３３ｃに作用する場合には、コイルバネ３３ｄの付勢力に抗して一対のカム部３３ａおよび３３ｂが軸方向Ａに離間されるとともに、ボール３３ｃがボールランプ部４１を乗り越えて回転方向に移動する。この結果、切替部３１と復帰入力部３２とカム部３３ａとが一体で回動することになる。なお、カム部３３ｂ、コイルバネ３３ｄおよびバネ座３４は、カム部３３ｂとハウジング４（スプライン部４ｂ）との係合によって、回転が防止される。

平坦路４４は、中心軸Ｏ２と直交する面（カム部の軸方向端面）に平行な平坦面である。また、図２（Ａ）および図３（Ａ）に示すように、平坦路４４の長さＬ１は、切替部３１の接続位置Ｐ１と解除位置Ｐ２との間の回動角度α（図３（Ｂ）参照）に対応している。すなわち、平坦路４４の終点である境界部分４３にボール３３ｃが到達した場合、切替部３１が解除位置Ｐ２に到達する。この平坦路４４の間は、切替部３１のギヤ部分３１ａと、中間部２３の接続部２３ｂとが噛み合う状態を維持することから、中間部２３から切替部３１へ作用するトルクによって、切替部３１およびカム部３３ａが回動される。

傾斜路４５は、コイルバネ３３ｄの付勢力が働いている状態で、切替部３１の解除位置Ｐ２に対応する境界部分４３から退避位置Ｐ３に対応するボールポケット４２に向けてボール３３ｃを誘導するように傾斜している。すなわち、傾斜路４５は、境界部分４３からボールポケット４２に向けて、一対のカム部３３ａおよび３３ｂの間の間隔が大きくなるように傾斜している。また、図３（Ａ）および図４（Ａ）に示すように、傾斜路４５の長さＬ２は、切替部３１の解除位置Ｐ２と退避位置Ｐ３との間の回動角度β（図４（Ｂ）参照）に対応している。ボール３３ｃが境界部分４３で傾斜路４５に到達すると、ボール３３ｃには、傾斜路４５に沿ってボールポケット４２へ向かうようにコイルバネ３３ｄの付勢力（回転方向の分力）が作用する。この結果、傾斜路４５は、ボール３３ｃを境界部分４３からボールポケット４２へ自発的に（接続部２３ｂから切替部３１へのトルクの付与なしで）移動させる。したがって、カム部３３ａがボール３３ｃの移動に伴って回転する結果、切替部３１が解除位置Ｐ２から退避位置Ｐ３に自発的に回動する。

次に、図１および図２（Ａ）、（Ｂ）〜図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本実施形態によるトルク伝達機構１の動作を説明する。

まず、制限機構部３の接続状態では、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、切替部３１が接続位置Ｐ１で接続部２３ｂと噛み合い接続されている。図１に示すように、入力軸２１が回転されると、サンギヤ２１ａがプラネタリーギヤ２２ａを回転させる。プラネタリーギヤ２２ａは、リングギヤ２３ａと噛み合いつつ自転することにより、中間部２３の内周面に沿って中心軸Ｏ１回りに回転（公転）する。この中心軸Ｏ１回りの回転が、キャリア部２２ｂの回転となって出力軸２２を所定の減速比で回転させる。この際、中間部２３に作用するトルク（プラネタリーギヤ２２ａを回転させる際の反力）は、接続部２３ｂと噛み合う切替部３１を介して、トルク制限部３３に受け止められる。

何らかの要因で出力軸２２が回転不能となった場合などには、サンギヤ２１ａ、プラネタリーギヤ２２ａおよびリングギヤ２３ａを介して中間部２３に作用するトルクが増大する。この際、中間部２３を介して切替部３１に作用するトルクが所定値（Ｔ_ｍａｘ）以上になると、カム部３３ａ、復帰入力部３２および切替部３１が、一体となって中心軸Ｏ２回りに回動を開始する。また、中間部２３も中心軸Ｏ１回りに回転を開始する。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、切替部３１が、ギヤ部分３１ａと接続部２３ｂとの噛み合いが無くなる解除位置Ｐ２に到達すると、制限機構部３は、伝達機構部２との接続が解除される解除状態となる。この結果、中間部２３は、入力軸２１の入力トルクによって、中心軸Ｏ１回りに空転する。したがって、出力軸２２側が回転不能となったままでも、入力トルクが出力軸２２側に伝達されることが防止される。

また、解除位置Ｐ２では、ボール３３ｃが境界部分４３に到達する結果、コイルバネ３３ｄの付勢力によって、ボール３３ｃが傾斜路４５に沿ってボールポケット４２へ自発的に移動する。そして、カム部３３ａがボール３３ｃの移動に伴って回転する結果、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、切替部３１が解除位置Ｐ２から退避位置Ｐ３に自発的に回動する。これにより、退避位置Ｐ３に移動した切替部３１のギヤ部分３１ａと、回転する中間部２３の接続部２３ｂとの接触が防止される。

制限機構部３の作動後（解除状態への切り替わり後）、元の接続状態に復帰させる場合には、図１に示すように、作業者が、ハウジング４の外部の係合部３２ａに工具などを係合させて復帰入力部３２を回動させる操作を行う。これにより、切替部３１が退避位置Ｐ３から接続位置Ｐ１まで回動される。この際、切替部３１のギヤ部分３１ａは、周状の接続部２３ｂのいずれかの部分と噛み合うことになるため、切替部３１と中間部２３（接続部２３ｂ）との回転位置合わせは不要である。切替部３１が接続位置Ｐ１に復帰すると、ボール３３ｃはボールランプ部４１内に納まり、再び所定値（Ｔ_ｍａｘ）以上のトルクが作用するまで、切替部３１の回転を阻止するようになり、制限機構部３が元の接続状態に復帰することになる。

以上のように構成されたトルク伝達機構１は、図７に示すように、たとえば航空機１００の舵面制御装置（舵面駆動装置）などに適用することができる。制限機構部３が接続状態（切替部３１が接続位置Ｐ１）にある場合には、入力軸２１側のモータ１０２の入力トルクが伝達機構部２を介して出力軸２２側に伝達される。出力軸２２の回転は、ボールネジ機構などの直動機構１０３によって、舵面（フラップ）１０１を回動させるための直線運動に変換される。この結果、モータ１０２の駆動によって舵面１０１が所望の角度に回動する。舵面１０１が固着する等により所定以上のトルクが制限機構部３に作用する場合には、制限機構部３が解除状態に切り替えられる。制限機構部３が解除状態にある場合、中間部２３が空転し、入力軸２１側の入力トルクが出力軸２２側に伝達されなくなる。なお、図７では、航空機１００の左舷側のみを図示しているが、航空機１００の右舷側も同様である。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、伝達機構部２の中間部２３に接続部２３ｂを設ける。また、接続部２３ｂと接続されて中間部２３の回転を規制する接続状態と、接続部２３ｂとの接続が解除されて中間部２３の回転を許容する解除状態との間で切り替え可能であるとともに、接続状態で所定以上のトルクが作用した場合に、解除状態に切り替えられるように構成された制限機構部３を設ける。これにより、通常時には、中間部２３が出力軸２２に伝達するトルクの反力を、接続状態にある制限機構部３が受け止めることにより、入力軸２１のトルクを出力軸２２に伝達することができる。そして、中間部２３を介して制限機構部３に所定以上のトルクが作用した場合には、制限機構部３を解除状態に切り替え、接続部２３ｂとの接続を解除することができる。その結果、中間部２３は出力軸２２側にトルクを伝達できずに空転するようになるので、所定以上の入力トルクが出力軸２２側に伝達されることを阻止することができる。そして、解除状態に切り替えた制限機構部３を元の接続状態に切り替えれば、再び入力軸２１のトルクを出力軸２２に伝達することができるようになる。以上から、本実施形態によれば、トルク制限機能の作動後のリセットを行うことが可能なトルク伝達機構１を得ることができる。この結果、本実施形態のトルク伝達機構１によれば、トルク制限機能のリセットのために部品交換作業を行う必要がなく、トルク制限機能の迅速な復旧が可能である。そのため、図７に示したように航空機１００の舵面制御装置などにトルク伝達機構１を用いる場合、航空機１００の整備時間中の限られた時間内にも、速やかにトルク制限機能を復旧することが可能である。

また、本実施形態では、上記のように、接続状態で接続部２３ｂと係合する接続位置Ｐ１と、解除状態で接続部２３ｂとの係合が解除される解除位置Ｐ２とに移動可能な切替部３１を制限機構部３に設ける。また、切替部３１を支持するとともに、接続位置Ｐ１にある切替部３１に所定以上のトルクが作用した場合に、切替部３１の解除位置Ｐ２側への移動を許容するトルク制限部３３を制限機構部３に設ける。これにより、中間部２３側から切替部３１に作用するトルクによって、切替部３１を接続位置Ｐ１から解除位置Ｐ２へ移動させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、切替部３１を接続位置Ｐ１に移動させる復帰入力部３２を制限機構部３に設ける。これにより、切替部３１が解除位置Ｐ２に移動した後、復帰入力部３２によって、容易に、切替部３１を接続位置Ｐ１に戻す（接続状態にリセットする）ことができる。

また、本実施形態では、上記のように、復帰入力部３２を、一端側が切替部３１に固定されるとともに、他端側がハウジング４の外部に露出するように設ける。そして、ハウジング４の外部からの操作により切替部３１を接続位置Ｐ１に移動させるように復帰入力部３２を構成する。これにより、ハウジング４の外部からリセット操作を行うことができる。これにより、たとえばハウジング４の一部を分解して切替部３１を露出させて切替部３１を移動させるような作業が不要となるので、リセット作業を容易化することができる。

また、本実施形態では、上記のように、接続部２３ｂを、中間部２３に設けられた接続用ギヤにより構成する。また、切替部３１を、接続用ギヤと噛み合うギヤ部分３１ａを一部に有するセクターギヤにより構成する。これにより、切替部３１のギヤ部分３１ａと中間部２３の接続用ギヤとが噛み合う位置を接続位置Ｐ１とし、ギヤ部分３１ａと接続用ギヤとの噛み合いがなくなる位置を解除位置Ｐ２とすることができる。これにより、切替部３１を回動させるだけで、容易に、切替部３１を接続位置Ｐ１と解除位置Ｐ２とに移動させることができる。また、切替部３１が解除位置Ｐ２へ回動した場合でも、切替部３１を逆方向に回動させるだけで、ギヤ部分３１ａと接続用ギヤ（切替部３１）とを再び噛み合わせることができる。したがって、切替部３１を接続位置Ｐ１に戻す際に、切替部３１の回転位置と接続部２３ｂの回転位置とを正確に合わせる必要がないので、リセット作業をさらに容易化することができる。

また、本実施形態では、上記のように、伝達機構部２を、サンギヤ２１ａを有する入力軸２１と、プラネタリーギヤ２２ａを有する出力軸２２と、内歯のリングギヤ２３ａを有する中間部２３とを含む遊星歯車機構により構成する。そして、接続部２３ｂを、中間部２３の外周部に設ける。これにより、中間部２３の外周部に接続部２３ｂを設けるだけの簡単な構造で、制限機構部３と中間部２３（接続部２３ｂ）とを接続することができる。また、トルク伝達を行う遊星歯車機構（伝達機構部２）の内部構造とは無関係に、遊星歯車機構（中間部２３）の外周部に接続部２３ｂを設けるだけでよいので、制限機構部３を設ける場合でも、設計上の自由度を維持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、トルク制限部３３を、切替部３１が接続部２３ｂと接する解除位置Ｐ２に到達した場合に、切替部３１を接続部２３ｂから離間する退避位置Ｐ３に移動させるように構成する。これにより、切替部３１が解除位置Ｐ２に移動して中間部２３が空転するようになる場合に、空転する中間部２３（接続部２３ｂ）と切替部３１とが接触するのを防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、トルク制限部３３を、一対のカム部３３ａおよび３３ｂと、ボール３３ｃと、コイルバネ３３ｄとを含むボールランプ機構により構成する。また、一方のカム部３３ａを、切替部３１と接続されるとともに他方のカム部３３ｂに対して相対移動可能に構成する。そして、一対のカム部３３ａおよび３３ｂに、コイルバネ３３ｄの付勢力が働いている状態で、切替部３１の解除位置Ｐ２に対応する境界部分４３から退避位置Ｐ３に対応するボールポケット４２に向けてボール３３ｃを誘導するように傾斜した傾斜路４５を設ける。これにより、アクチュエータなどの外部動力源を設けることなく、ボールランプ機構のカム部３３ａおよび３３ｂに傾斜路４５を設ける簡単な構造で、切替部３１が解除位置Ｐ２に到達した場合に自発的に切替部３１を退避位置Ｐ３まで移動させる構成を得ることができる。また、ボールランプ機構からなるトルク制限部３３を設けることによって、従来の軸部材を折損することによりトルク制限を行う場合と異なり、切替部３１を移動させるトルクの所定値（Ｔ_ｍａｘ）がばらつくのを抑制することができる。この結果、正確なトルク制限動作が可能となる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、トルク伝達機構を航空機の舵面駆動装置に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明のトルク伝達機構を航空機の他の駆動部分に適用してもよい。また、本発明のトルク伝達機構を航空機以外の一般産業機械等の動力伝達系に適用してもよい。

また、上記実施形態では、制限機構部３の切替部３１を、中心軸Ｏ２回りに回動させるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、切替部を接続位置と解除位置（退避位置）とに直線移動させるように構成してもよい。この場合、たとえば切替部をセクターギヤではなくラックギヤにより構成してもよい。

また、上記実施形態では、制限機構部３のトルク制限部３３をボールランプ機構により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、トルク制限部は、複数の摩擦板を軸方向Ａに沿って並べた多板ブレーキ機構により構成してもよい。

また、上記実施形態では、伝達機構部２を遊星歯車機構により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、伝達機構部を上記実施形態に示した遊星歯車機構以外の差動歯車機構により構成してもよい。

たとえば、図８の第１変形例に示すように、複数のベベルギヤにより構成された差動歯車機構により伝達機構部２０２を構成してもよい。第１変形例では、モータによって入力軸２１０が回動すると、第１ベベルギヤ２１１が第２ベベルギヤ２２１および第３ベベルギヤ２２２を回転させる。一方、中間部２３０に設けられた第４ベベルギヤ２３１は、外歯歯車からなる接続部２３２との接続状態の制限機構部３によって固定されている。このため、軸部材２２３回りに回転（自転）する第２ベベルギヤ２２１および第３ベベルギヤ２２２が、第４ベベルギヤ２３１との噛み合いによって、中心軸Ｏ１回りに回転（公転）する。この第２ベベルギヤ２２１および第３ベベルギヤ２２２の公転が、軸部材２２３を支持する筒状の出力軸２２０の中心軸Ｏ１回りの回転となる。制限機構部３の構成は、上記実施形態と同様である。第４ベベルギヤ２３１および接続部２３２を介して制限機構部３に所定以上のトルクが作用すると、制限機構部３が解除状態となり、中間部２３０（第４ベベルギヤ２３１）が空転するようになる。この結果、出力軸２２０へのトルク伝達が防止される。

また、上記実施形態では、中間部２３の接続部２３ｂを接続用ギヤ（外歯歯車）により構成し、制限機構部３の切替部３１をセクターギヤにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図９（Ａ）および図９（Ｂ）の第２変形例に示すように、接続部と切替部とを、係合凹部（切欠）と係合凸部（ピン）との組み合わせにより構成してもよい。第２変形例では、中間部３１０の外周部に、半径方向外側に向けて突出するように接続部３１１を設け、接続部３１１に切欠からなる係合凹部３１２を設けている。また、切替部３２０には、係合ピンからなる係合凸部３２１を、軸方向Ａに延びるように設けている。制限機構部３０３の接続状態において所定以上のトルクが切替部３２０に作用すると、切替部３２０が回動し、係合凸部３２１と係合凹部３１２との係合が解除される解除状態となる。

また、上記実施形態では、退避位置Ｐ３に移動した切替部３１を接続位置Ｐ１に移動させる復帰入力部３２を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、復帰入力部を設けなくともよい。すなわち、切替部が解除位置または退避位置に移動した場合に、切替部を直接動かして元の接続位置に復帰させてもよい。また、復帰入力部を設ける場合、復帰入力部をハウジングの外部に露出させなくともよい。蓋部を取り外すなど、ハウジングの一部を分解して、ハウジング内の復帰入力部を操作するような構成であってもよい。

また、上記実施形態では、切替部３１が解除位置Ｐ２に到達した場合に、切替部３１を退避位置Ｐ３まで移動させるようにトルク制限部３３を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、切替部を解除位置から退避位置まで移動させなくともよい。この場合、解除位置の切替部と空転する中間部の接続部とが接触する可能性があるが、その接触によって切替部が解除位置から退避位置側に移動するような構成であってもよい。

１ トルク伝達機構
２、２０２ 伝達機構部
３、３０３ 制限機構部
４ ハウジング
２１、２１０ 入力軸
２１ａ サンギヤ
２２、２２０ 出力軸
２２ａ プラネタリーギヤ
２３、２３０、３１０ 中間部
２３ａ リングギヤ
２３ｂ、２３２、３１１ 接続部
３１、３２０ 切替部
３１ａ ギヤ部分
３２ 復帰入力部
３３ トルク制限部
３３ａ、３３ｂ カム部
３３ｃ ボール
３３ｄ コイルバネ（付勢部材）
４１ ボールランプ部
４２ ボールポケット（第２部分）
４３ 境界部分（第１部分）
４５ 傾斜路
Ｐ１ 接続位置
Ｐ２ 解除位置
Ｐ３ 退避位置

Claims (8)

1. 入力軸と、出力軸と、接続部を有する中間部とを含み、前記入力軸に入力される入力トルクを前記中間部を介して前記出力軸に伝達する伝達機構部と、
   前記接続部と接続されて前記中間部の回転を規制する接続状態と、前記接続部との接続が解除されて前記中間部の回転を許容する解除状態との間で切り替え可能であるとともに、前記接続状態で所定以上のトルクが作用した場合に、前記解除状態に切り替えられるように構成された制限機構部とを備える、トルク伝達機構。
2. 前記制限機構部は、
   前記接続状態で前記接続部と係合する接続位置と、前記解除状態で前記接続部との係合が解除される解除位置とに移動可能な切替部と、
   前記切替部を支持するとともに、前記接続位置にある前記切替部に所定以上のトルクが作用した場合に、前記切替部の前記解除位置側への移動を許容するトルク制限部とを含む、請求項１に記載のトルク伝達機構。
3. 前記制限機構部は、前記切替部を前記接続位置に移動させる復帰入力部をさらに含む、請求項２に記載のトルク伝達機構。
4. 前記制限機構部を収容するハウジングをさらに備え、
   前記復帰入力部は、一端側が前記切替部に固定されるとともに、他端側が前記ハウジングの外部に露出するように設けられ、前記ハウジングの外部からの操作により前記切替部を前記接続位置に移動させるように構成されている、請求項３に記載のトルク伝達機構。
5. 前記接続部は、前記中間部に設けられた接続用ギヤであり、
   前記切替部は、前記接続用ギヤと噛み合うギヤ部分を一部に有するセクターギヤである、請求項２に記載のトルク伝達機構。
6. 前記伝達機構部は、サンギヤを有する前記入力軸と、プラネタリーギヤを有する前記出力軸と、内歯のリングギヤを有する前記中間部とを含む遊星歯車機構であり、
   前記接続部は、前記中間部の外周部に設けられている、請求項１に記載のトルク伝達機構。
7. 前記トルク制限部は、前記切替部が前記接続部と接する前記解除位置に到達した場合に、前記切替部を前記接続部から離間する退避位置に移動させるように構成されている、請求項２に記載のトルク伝達機構。
8. 前記トルク制限部は、ボールランプ部を有する一対のカム部と、前記一対のカム部の間に配置されたボールと、前記一対のカム部を互いに近付く方向に付勢する付勢部材とを含むボールランプ機構であり、
   前記一対のカム部は、一方が前記切替部と接続されるとともに他方に対して相対移動可能に構成され、前記付勢部材の付勢力が働いている状態で、前記切替部の前記解除位置に対応する第１部分から前記退避位置に対応する第２部分に向けて前記ボールを誘導するように傾斜した傾斜路を有する、請求項７に記載のトルク伝達機構。

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