JP2008170010A

JP2008170010A - トルク・リミッタを備えた動力伝達装置

Info

Publication number: JP2008170010A
Application number: JP2008053701A
Authority: JP
Inventors: Tsukumo Mizoguchi; 九十九溝口; Takamasa Miyazaki; 貴征宮崎
Original assignee: SHINDENSHA KK; Tsukasa Electric Co Ltd
Current assignee: SHINDENSHA KK; Tsukasa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】歯車の輪列を有しトルク・リミッタを備える動力伝達装置の設計自由度を増大させ、トルク・リミッタを備える動力伝達装置の低コスト化を図る。
【解決手段】中空部を有する第１の回転軸２１に、軸方向に一部を切断して外方に付勢した環状のバネ４１を圧入した第２の回転軸３１のすり割り加工がされた円筒体部を挿入・嵌合することによりトルク・リミッタを構成し、このトルク・リミッタを歯車の輪列を有する動力伝達装置の動力伝達の端部に位置する歯車に固着する。
【選択図】図６

Description

本発明は、歯車の輪列を有する動力伝達装置に係わり、特にトルクを所定の値以下に制限するトルク・リミッタを備えた動力伝達装置に関するものである。

複数個の歯車を組み合わせた減速装置は、自動販売機、ＡＴＭ、カーテン開閉機構等において、モータの回転力を駆動すべき対象機器（以下、負荷機器という。）に所定の回転数とトルクで伝達するために広く用いられている。このような減速装置においては、モータの回転が付与される入力回転軸に対して、出力回転軸には、大きなトルクが発生するため、何らかの理由により負荷に過大なトルクが印加され、負荷装置、減速装置内の歯車の破損、あるいは入力側のモータの焼き付き等不測の事故が発生する。

このような不測の事故の発生を防止するためには、減速装置の出力回転軸に付与するトルク耐力を所定の値以下に制限する必要がある。このような機能を備えた従来の減速装置としては、減速装置を構成する複数段の歯車の軸の一つに、皿バネを用いたトルク・リミッタを備えたものが知られている。皿バネを用いた典型的なトルク・リミッタは、２枚の摩擦板で回転軸に遊嵌された平歯車を挟む構造を有する。一方の摩擦板は回転軸と一体化されるが、他方の摩擦板は回転軸に対し非回転であるが回転軸に平行に移動できる。上記、他方の摩擦板は皿バネによって平歯車に圧接し、平歯車は一方の摩擦板とも圧接する。ここで、皿バネのバネ圧は、回転軸に圧入する、平歯車側と反対の側を押さえるための押さえ環等の回転軸方向の位置によって定まる。

このような構成により、平歯車の負荷が過大になると、一方の摩擦板と平歯車との間および他方の摩擦板と平歯車との間でスリップが生じ、回転軸に遊嵌された平歯車に伝達されるトルクが制限される。

しかし、上述したような従来の皿バネを用いたトルク・リミッタにおいては、摩擦板および皿バネの直径はこれらを装着する回転軸の直径より大きくなることから、動力伝達装置に装填する場合、装填場所に制約があった。また、平歯車は摩擦板等の直径より大きいものでなければならならない。すなわち、皿バネを用いたトルク・リミッタを備えた動力伝達装置では、設計自由度が小さかった。

さらに、皿バネを用いたトルク・リミッタを備えた動力伝達装置においては部品点数が多く、そのために組み立が煩雑であり、工数も多くコストが高かった。

本発明は、上記の従来の問題点に鑑みてなされたもので、設計自由度が大きく、低コスト化が可能であるトルク・リミッタを備えた減速装置あるいは増速装置としての動力伝達装置を提供することを目的とするものである。

本出願にかかる発明の動力伝達装置は、同芯状の中空部が設けられた第１の回転軸と、この第１の回転軸の前記中空部の内径とほぼ同一の外径を有し、端部からすり割り加工が施された円筒体部分を有する第２の回転軸と、この第２の回転軸の前記円筒体部分内に収納され、前記円筒体部分の内径を拡大するように付勢する弾性部材とを有し、この弾性部材が収納された前記第２の回転軸の円筒体部分を前記第１の回転軸の中空部に圧入した構造を有するトルク・リミッタと、入力回転軸および出力回転軸を備え、前記入力回転軸に付与された回転力を前記出力回転軸に歯車を介して伝達する複数段の回転軸からなる歯車機構と、これらの歯車機構の少なくも１段を構成する前記回転軸として前記トルク・リミッタが装着された動力伝達装置であって、前記第２の回転軸の前記円筒体部分の前記すり割り加工が施された端部には、この回転軸の外径よりも大きな外形を有する径大部が設けられ、前記第２の回転軸の円筒体部分を前記第１の回転軸の中空部に圧入したとき、前記円筒体部端部の径大部が前記第１の回転軸の端部から突出して繋止されるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、動力伝達装置に複数本ある回転軸のいずれにも本発明のトルク・リミッタを装填することができるため、制限すべきトルク値を容易に設定することが可能となる。

また、本発明におけるトルク・リミッタは、動力伝達装置における回転軸内に収納することができ極めて小型にできるため、かかるトルク・リミッタを装着した動力伝達装置全体の設計自由度が大きく、小型化に大きく貢献することができる。さらに、トルク・リミッタを備えた減速装置の低コスト化に貢献することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明を３段の歯車機構からなる減速装置に適用した実施形態を示す。モータからの動力は入力回転軸１１に固着され、歯の数がｍであるモータピニオン１２を介して第１段歯車機構の回転軸１３ａに固着され歯の数がｎである平歯車１４ａに伝えられる。ここで、減速装置の場合、ｎはｍより大きな値である。回転軸１３ａの回転速度は入力回転軸１１の回転速度のｍ／ｎに減速される。また、エネルギの損失が無いと仮定すると、回転軸１３ａのトルクは入力回転軸１１のトルクのｎ／ｍ倍になる。

回転軸１３ａにはピニオン１５ａも固着されており、ピニオン１５ａは平歯車１４ａと同一の速度で回転する。回転軸１３ａの動力はピニオン１５ａを介して第２段歯車機構の回転軸１３ｂに固着された平歯車１４ｂに伝えられる。回転軸１３ｂに固着された平歯車１４ｂの歯の数は、回転軸１３ａに固着されたピニオン１５ａの歯の数よりも大きな値に設定されるため、回転軸１３ｂの回転速度は回転軸１３ａの回転速度よりも減少するとともに、回転軸１３ｂのトルクは回転軸１３ａのトルクよりも増大する。

同様に、回転軸１３ｂにはピニオン１５ｂも固着されており、ピニオン１５ｂは平歯車１４ｂと同一の速度で回転する。回転軸１３ｂの動力はピニオン１５ｂを介して第３段歯車機構としての出力回転軸１６に固着された平歯車１４ｃに伝えられる。出力回転軸１６に固着された平歯車１４ｃの歯の数は、回転軸１３ｂに固着されたピニオン１５ｂの歯の数よりも大きな値に設定されるため、出力回転軸１６の回転速度は回転軸１３ｂの回転速度よりも減少するとともに、出力回転軸１６のトルクは回転軸１３ｂのトルクよりも増大する。

その結果、上記の３段階の歯車機構を経て、出力回転軸１６の回転速度は入力回転軸１１の回転速度よりも大きく減少するとともに、出力回転軸１６のトルクは入力回転軸１１のトルクよりも大きく増大する。すなわち、減速装置においては、出力回転軸の回転数は入力回転軸の回転数よりも減速されるとともに、出力回転軸には入力回転軸に付与されるトルクよりも大きなトルクを得ることができる。

ここで、出力回転軸１６には後に詳細に説明するトルク・リミッタが装着されている。このトルク・リミッタは、互いに同芯である第１の回転軸２１と第２の回転軸３１から構成されている。

図２はトルク・リミッタの第１の回転軸２１を示す。第１の回転軸２１には歯車を圧入したとき両者の結合を強固なものとするためのローレット部２２を設けている。第１の回転軸２１の一端には同軸状に第１の中空部２３が設けてある。また第１の中空部２３の開放端と反対側の端部には、第１の中空部２３よりも内径が大きな第２の中空部２４が同軸的に設けられている。

図３（Ａ）は一端が負荷機器（図示せず。）に連結される第２の回転軸３１の一部を断面で示す側面図である。第２の回転軸３１は、図２に示した第１の回転軸２１とほぼ同じ外径を備え、その一端３２はその外周面の一部が平坦に削られており、この部分を負荷機器の回転導入部に設けられ、第２の回転軸３１の一端３２とほぼ同一形状の挿入孔（図示せず。）に挿入することにより、減速機の回転出力が負荷機器に伝達される。第２の回転軸３１の他端には、円筒体部３３が設けられている。この円筒体部３３は、外径が第１の回転軸２１の第１の中空部２３の内径とほぼ同一であり、その先端部には外径が円筒体部３３より大きな径大部３４が形成されている。この径大部３４の外径は、第１の回転軸２１の第２の中空部２４の内径とほぼ同一となっている。また円筒体部３３には、その径大部３４を含めた軸方向のほぼ全長に亘り、すり割３５が設けられている。さらに本体部３３の外周の一部には油溜めとなる溝３６が設けられている。この溝３６に注油することにより耐久性の向上が得られる。

図３（Ｂ）は第２の回転軸３１を円筒体部３３側の端面から見た平面図である。第２の回転軸３１の円筒体部３３の内部には、軸方向に一部を切断して外方に付勢した環状のバネ４１が装填されている。環状のバネ４１の材質は鋼、ステンレスなどであり、いわゆるスプリングピンも環状バネとして使うことができる。また、環状のバネ４１は上記の形状や材質に限ることなくゴムのような弾性体でもよく、さらに弾性体であれば環状である必要はなく空洞部が無いソリッドなものであってもよい。尚、これらを弾性部材と総称することとする。環状のバネ４１を第２の回転軸３１の円筒体部３３の内部に軽圧入することによって、すり割３５が設けられている円筒体部３３は外方に付勢される。これによって、トルク・リミッタにおける制限トルク値の安定化が図られる。

図４は第１の回転軸２１と第２の回転軸３１とが相互に連結される状態を示す図である。同図において、第２の回転軸３１の下端部の一部は、断面図で示されている。環状のバネ４１が装填された第２の回転軸３１は第１の回転軸２１の第１の中空部２３内に挿入され、第２の回転軸３１の円筒体部３３の径大部３４が、第１の回転軸２１の第２の中空部２４に嵌合することにより、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１が抜けないようになっている。第１の回転軸２１と第２の回転軸３１とが連結された状態において、相互にスリップ回転したときの焼き付きを防止するために油を用いるが、第２の回転軸３１の溝３６は、油溜まりの機能を果たす。溝３６の幅および条数は、制限トルク値、耐久条件に応じて適宜定めることができる。

図５は、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１とが相互に連結された状態を示す、トルク・リミッタの完成図である。第２の回転軸３１の円筒体部３３には環状バネ４１によって中心軸から外方に力が働き、第２の回転軸３１の円筒体部分の外壁３３と、第１の回転軸２１の第１の中空部２３の内壁との間には、摩擦が生じ、所定の値のトルクに到るまでは、第２の回転軸３１の一端３２を介してトルクが負荷機器に伝達される。しかし、トルクが摩擦力を上まわると、第２の回転軸３１の円筒体部３３の本体部外壁と、第１の回転軸２１の第１の中空部２３の内壁はスリップし始め、負荷に伝達されるトルクが制限され、トルク・リミッタの機能が働く。

トルクの制限値は、第２の回転軸３１の円筒体部３３の本体部外壁と、第１の回転軸２１の第１の中空部２３の内壁との接触面積と環状バネ４１（弾性部材）による外方への付勢力とを制御することにより、バラツキの小さな安定したものとすることができる。接触面積は、第２の回転軸３１の円筒体部３３の長さ、外径寸法、円筒体部３３に設けられるすり割３５の本数、幅等と、溝３６の条数、幅とにより制御することができる。

上述した減速装置においては、トルク・リミッタはほぼ同じ外径を有する第１の回転軸２１と第２の回転軸３１とを相互に連結することにより構成されているため、全体としてコンパクトであり、かつ、減速装置における他の回転軸と同様な外観を呈するため、装置全体の外観に優れている。

図６は上記回転軸と異なる態様とした第１の回転軸２１と第２の回転軸３１を嵌合させ、一部を断面とした図である。図６においては、図２ないし図５における符号の指示箇所と同一の機能を有する箇所の符号は、図２ないし図５における符号と同一にしてある。第１の回転軸２１には貫通した第１の中空部２３が設けられている。第１の回転軸２１の一端には負荷に固着される平面部３２が設けられ、負荷機器に回転出力が伝達される。第２の回転軸３１には歯車を圧入したとき両者の結合を強固なものとするためのローレット部２２を設けている。第２の回転軸３１には、さらに、第１の中空部２３と所定の嵌合精度を持つ円筒体部３３、油溜まりの溝３６、円筒体部３３の長さとほぼ同じ長さの第３の中空部４５、円筒体部３３の軸方向のほぼ全長に亘るすり割３５、この円筒体部３３の軸方向端部には、この円筒体部３３より僅かに外径を大きくした径大部３４が形成されている。この径大部３４は第１の回転軸２１の端部から突出して繋止し、第１の回転軸２１が第２の回転軸３１より離脱することを防止している。第３の中空部４５には環状のバネ４１が収納されている。図６に示される回転軸の構成においては、図４に示した第２の中空部２４の加工が不要となり、加工の際、省力化が可能である。また、トルク・リミッタとしての動作に異常な状態が生じたときは、図６の上部に示した矢印の方向に径大部３４を押圧することにより第２の回転軸３１から第１の回転軸２１を離脱させることができるため、点検、修理が可能となる特徴を備えている。

以上、便宜上、減速装置を例に説明を行ったが、本発明は増速装置や、入力回転軸と出力回転軸との位置を異ならせるための等速装置にも適用できることは明らかである。さらに、本発明はベベルギヤ、ハイポイドギヤなどを用い、入力回転軸と出力回転軸とが平行ではなく角度を持つ動力伝達装置にも適用できる。増速装置に適用する際には、トルク・リミッタを出力回転軸としてではなく入力回転軸として用い、モータの動力はトルク・リミッタに入力し、図１における入力回転軸１１の位置に増速機の出力回転軸を設けると、実用的には好ましい結果が得られる。

なお、入力回転軸は通常、ピニオンを設けたモータの回転軸を指すが、この回転を受け継ぐ歯車のみの、入力回転軸を具備していない動力伝達装置であっても、本発明の技術的思想と異なるものではない。

また、本発明におけるトルク・リミッタを、減速装置などの動力伝達装置へ適用する際に、入力と出力の中間段の回転軸として用いても、トルク・リミッタの機能が発揮されることは明らかである。

さらに、本発明におけるトルク・リミッタは、歯車の輪列を持つ動力伝達装置への適用に留まるものではなく、例えばベルトを用いた動力伝達装置へも適用できることも明らかである。

さらに、上述した減速装置においては、トルク・リミッタはほぼ同じ外径を有する第１の回転軸２１と第２の回転軸３１とを相互に連結することにより構成したが、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１とを互いに異なる外径としてもよいことは言うまでもない。

本発明の動力伝達装置の実施形態を示す断面図である。本発明におけるトルク・リミッタの実施形態における第１の回転軸の側面図である。本発明におけるトルク・リミッタの実施形態における第２の回転軸を示す図で、同図（Ａ）は一部を断面で示す側面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に示す第２の回転軸をその下方から見た平面図である。本発明におけるトルク・リミッタの実施形態における組み立状態の説明図である。本発明におけるトルク・リミッタの一実施形態を示す側面図である。本発明におけるトルク・リミッタの他の実施形態を示す側面図である。

符号の説明

１１入力回転軸
１２モータピニオン
１３回転軸
１４平歯車
１５ピニオン
１６出力回転軸
２１第１の回転軸
２２ローレット部
２３第１の回転軸の第１の中空部
２４第１の回転軸の第２の中空部
３１第２の回転軸
３２負荷に固着される部分
３３円筒体の本体部
３４円筒体の径大部
３５すり割
３６溝
４１環状のバネ
４５第３の中空部

Claims

同芯状の中空部が設けられた第１の回転軸と、
この第１の回転軸の前記中空部の内径とほぼ同一の外径を有し、端部からすり割り加工が施された円筒体部分を有する第２の回転軸と、
この第２の回転軸の前記円筒体部分内に収納され、前記円筒体部分の内径を拡大するように付勢する弾性部材とを有し、
この弾性部材が収納された前記第２の回転軸の円筒体部分を前記第１の回転軸の中空部に圧入した構造を有するトルク・リミッタと、
入力回転軸および出力回転軸を備え、前記入力回転軸に付与された回転力を前記出力回転軸に歯車を介して伝達する複数段の回転軸からなる歯車機構と、
これらの歯車機構の少なくも１段を構成する前記回転軸として前記トルク・リミッタが装着された動力伝達装置であって、
前記第２の回転軸の前記円筒体部分の前記すり割り加工が施された端部には、この回転軸の外径よりも大きな外形を有する径大部が設けられ、前記第２の回転軸の円筒体部分を前記第１の回転軸の中空部に圧入したとき、前記円筒体部端部の径大部が前記第１の回転軸の端部から突出して繋止されるように構成されていることを特徴とする動力伝達装置。