JP2015194205A - トルク制限装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】規定値以上のトルクが入力された場合に出力軸に伝達されるトルクを低下させつつ、摩擦板に付与される摩擦力を低下させた際に発生し得る不具合の発生を抑制する。
【解決手段】入力軸1と出力軸2との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板31及び摩擦板を押圧するためのスプリング力を付加するスプリング33を有するクラッチ機構3と、入力軸側から出力軸側に伝達される規定値以上のトルクを感知するボール41及びボールを収めるボールランプ42を要素とし、規定値以上のトルクが感知された際にスプリングを機械的に変位させるべく作用し摩擦板の摩擦力を低下させるボールランプ機構4と、入力軸と出力軸との間の相対回転運動に伴う運動エネルギを低下させるダンパ機構5とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】入力軸1と出力軸2との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板31及び摩擦板を押圧するためのスプリング力を付加するスプリング33を有するクラッチ機構3と、入力軸側から出力軸側に伝達される規定値以上のトルクを感知するボール41及びボールを収めるボールランプ42を要素とし、規定値以上のトルクが感知された際にスプリングを機械的に変位させるべく作用し摩擦板の摩擦力を低下させるボールランプ機構4と、入力軸と出力軸との間の相対回転運動に伴う運動エネルギを低下させるダンパ機構5とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、一般産業機器、航空機等の動力伝達系に係わり、規定値を超えるトルクが作用しようとする場合にそのトルクの伝達を抑制するトルク制限装置に関する。
従来より、規定値以上のトルクが入力された場合に過大なトルクが出力軸側に作用することを抑止するためのトルク制限装置として、入力軸と出力軸との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板及び前記摩擦板を押圧するためのスプリング力を付加するスプリングを有するクラッチ機構を備え、規定値以上のトルクが入力された場合に前記摩擦板に付与する摩擦力を低下させることにより、入力軸に接続した摩擦板と出力軸に接続した摩擦板とを相対移動可能にし、出力軸に伝達されるトルクを低下させる構成のものが知られている。より具体的には、入力軸と出力軸との間に、入力軸側から出力軸側に伝達される過大なトルクを感知し、前記摩擦力を軽減させるべく摩擦力を付与させるためのスプリングの一端を変位させるトルク変換機構であるボールランプ機構を採用したものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、摩擦板に付与される摩擦力が低下し、入力軸に接続した摩擦板と出力軸に接続した摩擦板との間に回転位相差が発生すると、これらの間に生じる摩擦力は静摩擦力から動摩擦力に変化する。すると、入力軸側は動力源から回転駆動力の伝達を受けて回転しようとするのに対し、出力軸側は慣性により過大なトルクが入力軸に入力される以前の速度で回転しようとするので、入力軸側と出力軸側との間の回転位相差の拡大速度(相対回転の速度)がさらに加速する。このとき、ボールランプ機構の入力軸側と出力軸側とがさらに離間し、摩擦板に付与される摩擦力がさらに低下する。このとき、以下に述べるような問題が発生する。
すなわち、トルク制限装置の入力側と出力側とのうち一方は他方に接近する方向への付勢力を受けているので、この付勢力を受けてトルク制限装置の入力側と出力側とが再び接近し、摩擦板に付与される摩擦力が増大する。これを受けて出力側に伝達されるトルクが大きくなり規定値を上回ると、再び出力軸に伝達されるトルクを低下させるための機構が作動し、その結果振動が発生するという不具合が起こり得る。
また、トルク制限装置の入力側及び出力側との間に必要以上の回転位相差が生じないようにすべくメカニカルストップが通常は設けられているが、入力側と出力側との間の回転位相差の拡大速度が大きくなると、メカニカルストップの構成部品同士が高速で衝突し、部品が損傷するという不具合も起こり得る。
本発明は以上の点に着目し、規定値以上のトルクが入力された場合に出力軸に伝達されるトルクを低下させつつ、摩擦板に付与される摩擦力を低下させた際に発生し得る不具合の発生を抑制することを目的とする。
以上の課題を解決すべく、本発明に係るトルク制限装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係るトルク制限装置は、入力軸と出力軸との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板及び前記摩擦板を押圧するためのスプリング力を付加するスプリングを有するクラッチ機構と、前記入力軸側から前記出力軸側に伝達される規定値以上のトルクを感知するボール及びこのボールを収めるボールランプを要素とし、規定値以上のトルクが感知された際に前記スプリングを機械的変位させるべく作用し前記摩擦板の摩擦力を低下させるボールランプ機構と、入力軸と出力軸との間の相対回転運動に伴う運動エネルギを低下させるダンパ機構とを備えている。
このようなものであれば、入力軸と出力軸との間の相対回転運動に伴う運動エネルギがダンパ機構により低下するので、入力軸と出力軸と間の回転位相差の拡大速度が抑制される。従って、回転位相差の拡大に伴う振動や部品の破損といった不具合の発生を抑制できる。
このようなトルク制限装置のダンパ機構の具体的な構成の一例として、入力軸側及び出力軸側の一方に接続された雄ネジ要素と、他方に接続され前記雄ネジ要素に螺合する雌ネジ要素と、これら雄ネジ要素及び雌ネジ要素の間の螺進退に伴い回転運動エネルギを低下させるエネルギ変換部とを備えているものが挙げられる。
本発明によれば、規定値以上のトルクが入力された場合に出力軸に伝達されるトルクを低下させつつ、摩擦板に付与される摩擦力を低下させた際に発生し得る不具合の発生を抑制することができる。
本発明の第一実施形態を、図1〜図3を参照しつつ以下に述べる。
本実施形態に係るトルク制限装置は、図示しない動力源であるモータからの回転トルクを入力軸1が受け、入力軸1が受けたトルクが出力軸2に伝達され、これら入力軸1及び出力軸2が回転駆動されるものであって、図1に示すように、入力軸1と出力軸2との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板31、摩擦板31を押圧して摩擦板31にトルクを伝達可能な摩擦力を発揮させる押圧部32、及び押圧部32に摩擦板31を押圧するためのスプリング力を付加するスプリング33を有するクラッチ機構3と、入力軸1側から出力軸2側に伝達される過大なトルクを感知してこれを前記スプリング33のスプリング力に抗し得る方向への機械的変位に変換するボールランプ機構4と、入力軸1と出力軸2との間の相対回転運動に伴う運動エネルギを他のエネルギに変換することにより低下させるダンパ機構5とを具備する。また、このトルク制限装置は、潤滑液中に全体を浸した状態で使用される。
前記クラッチ機構3は、摩擦板31に付与される摩擦により入力軸1に入力されるトルクの略全量を出力軸2に伝達する締結状態と、入力軸1に入力されるトルクの一部のみを出力軸2に伝達するすべり状態とをとることができる。
摩擦板31は、入力軸1の内周にスプライン結合している第1の摩擦板要素31aと、入力軸1の内周に相対して配置される入力側プレート71のうち一方の外周にスプライン結合している第2の摩擦板要素31bとが、軸A方向に交互に重なり合うように配列されてなる。前記締結状態では、第1の摩擦板要素31aと第2の摩擦板要素31bとは互いに静止している。一方、前記すべり状態では、第1の摩擦板要素31aと第2の摩擦板要素31bとが相対移動する。前記入力側プレート71は、入力軸1及び出力軸2の軸方向に延伸する中間軸部材7の長手方向両端部にそれぞれ形成している。
押圧部32は、スプリング33よりスプリング力の付与を受けて摩擦板31を軸A方向に押圧する。
スプリング33は、押圧部32を介して摩擦板31を押圧する役割を担う。本実施形態では、出力軸2と押圧部32との間に介設されている。そして、入力軸1から出力軸2に向けて規定値以上のトルクが伝達されようとすると、後述するようにボールランプ機構4によって摩擦板31に作用する押圧力が減少し、クラッチ機構3が締結状態からすべり状態となる。
ボールランプ機構4は、入力軸1側から出力軸2側に伝達されるトルクを感知するボール41及びこのボール41を収めるボールランプ42を要素とするものである。ボールランプ42は、入力側プレート71、出力側プレート8の双方に形成されている。ボールランプ42に収められたボール41は入力側プレート71と出力側プレート8とに挟まれた状態にある。なお、ボールランプ42の断面形状を、図2に示す。また、出力側プレート8は、スプリング43により入力側プレート71に近づく方向に付勢されている。加えて、入力側プレート71と出力側プレート8との間の周方向及び軸A方向への相対変位を制限するために、図示しないメカニカルストップを設けている。
ダンパ機構5は、入力側プレート71及び出力側プレート8の相対回転運動を進退運動に変換する動作変換部51と、進退運動の運動エネルギを他のエネルギに変換することにより低下させるエネルギ変換部52とを備えている。前記動作変換部51は、出力側プレート8に接続された雄ネジ要素53と、入力側プレート51に接続され前記雄ネジ要素53に螺合する雌ネジ要素54とを備えている。一方、前記エネルギ変換部52は、前記雄ネジ要素53と一体的に進退移動し進退方向に貫通するオリフィス55aを有するピストン55と、前記雌ネジ要素94と一体的に進退移動し前記ピストン55を収納可能なシリンダ56と、前記ピストン55と前記シリンダ56との間に設けられ前記ピストン55を前記シリンダ56の底面から離間する方向に付勢するスプリング57とを備えている。前記シリンダ56の内部は、潤滑液により満たされている。
入力軸1に入力されるトルクは、摩擦板3を介して入力側プレート71に伝達され、さらにボール41を介して出力側プレート8に伝達される。図2に示しているように、断面視略V字溝状をなすボールランプ42の形状から、入力側プレート71から出力側プレート8へ伝達されるトルクによって出力側プレート8には軸Aに平行な軸力が作用する。この軸力は、出力側プレート8を入力側プレート71より離反させようとする。軸Aからボールランプ42までの距離をR、トルクをT、軸力をW、入力側プレート71及び出力側プレート8の対向面とボールランプ42の内側面とがなす角をθとおくと、トルクTと軸力Wとの間には
W=T/Rtanθ
なる関係が成立する。そして、ボール41に対しては、スプリング33が及ぼすスプリング力とスプリング43が及ぼすスプリング力との差分がプリロードとして作用する。
W=T/Rtanθ
なる関係が成立する。そして、ボール41に対しては、スプリング33が及ぼすスプリング力とスプリング43が及ぼすスプリング力との差分がプリロードとして作用する。
規定値(許容される伝達トルクの上限)のトルクが入力された場合における軸力の大きさは上式より算出できる。そして、この算出される軸力と同等のプリロードがボール41に付加されるように、スプリング33、43のばね定数や寸法等を設計しておく。
規定値以上の過大なトルクが入力軸1に入力され、摩擦板3、入力側プレート71及びボールランプ機構4を介して出力軸2に伝達されようとすると、ボール41がボールランプ42に対し相対的に変位する。即ち、ボール41がボールランプ42の内側面を乗り上げはじめる。よって、より大きな軸力が出力側プレート8に作用して、出力側プレート8を入力側プレート71から離反する方向に変位させることとなる。
その後、ボール41がボールランプ42の内側面をさらに乗り上げると、出力側プレート8はさらに入力側プレート71から離反し、出力側プレート8が押圧部32に接触する。このとき、押圧部32に作用していたスプリング力の少なくとも一部が出力側プレート8に肩代わりされ、結果的に摩擦板31を押圧する圧力が減少する。従って、第1の摩擦板要素31aと第2の摩擦板要素31bとの摩擦が低減してクラッチ機構3がすべり状態となり、クラッチ機構3によって伝達されるトルクも低下する。すなわち、規定値以上の過大なトルクが入力軸1に入力されると、ボールランプ機構4は、クラッチ機構3を締結状態からすべり状態に変化させるべく機能する。このとき、ボール41がボールランプ42の内側面を乗り上げる変位量が維持されることから、摩擦板3によって伝達されるトルクはすべりが発生した時点での大きさに保たれる。
クラッチ機構3が締結状態からすべり状態に変化すると、第1の摩擦板要素31aと第2の摩擦板要素31bとの間に発生する摩擦は、静摩擦から動摩擦へと変化する。すると、入力軸1側は前記モータにつれて回転しようとするのに対し、出力軸2は慣性により過大なトルクが入力軸1に入力される以前の速度で回転しようとするので、入力軸1及び入力側プレート71と出力側プレート8及び出力軸2との間で回転位相差が発生する。これらの間の回転位相差が所定の大きさに達すると、前記メカニカルストップが作用し、回転位相差の拡大が阻止される。
その上で、入力軸1と出力軸2との間に回転位相差が発生すると、より厳密には入力側プレート71と出力側プレート8との間に回転位相差が発生すると、ダンパ機構5の雄ネジ要素53が雌ネジ要素54に螺着されるので、前記ピストン55が前記シリンダ56内部に向けて押し込まれ、スプリング57に弾性エネルギが蓄積されるとともに、前記オリフィス55aを潤滑液が通過し、雄ネジ要素53及びピストン55の運動エネルギの一部が潤滑液とオリフィス55aとの間の摩擦により発生する熱エネルギに変換される。すなわち、入力側プレート71と出力側プレート8との間の回転位相差の発生に伴う相対回転移動のエネルギが他のエネルギ、具体的には熱エネルギに変換されることにより低下し、相対回転移動が減速される。
本実施形態のトルク制限装置は、例えば、図3に示すような航空機の操舵面駆動システムに実装することができる。各翼に配置される舵面X1は、トルクシャフトX2によって駆動される。トルクシャフトX2がトルク制限装置の出力軸2に接続されることは言うまでもない。両翼にトルクを均等に分配する必要上、駆動源(モータ等)X3は両翼の中間に配置される。
しかして、故障その他の不具合が発生した場合には、片側のトルクシャフトX2に対してのみ伝達されるトルクを制限しなければならないことがあり得る。本実施形態のトルク制限装置では、ボール41、ボールランプ42及び出力軸2が軸A方向の両側に配置されており、単一の入力軸1より入力されるトルクを左右二方向に分配でき、しかも左右個別にトルク制限を行うことが可能である。但し、クラッチ機構3を構成する摩擦板31及び押圧部32、ボールランプ機構4を構成するトルクボール41及びボールランプ42、並びに出力軸2が片側にのみ配置される態様、言い換えるならばトルクを複数方向に分配しない態様を妨げない。
以上に述べたように、本実施形態によれば、入力側プレート71と出力側プレート8とが相対回転移動した際に、相対回転移動の運動エネルギがダンパ機構5のエネルギ変換部52により熱エネルギ及び弾性エネルギに変換され、運動エネルギが低下するので、相対回転運動が減速される。従って、入力側プレート71と出力側プレート8との離間が抑制され、摩擦板3に付与される摩擦力が大きく減少することにより生じる振動の発生を抑制できる。また、ダンパ機構5により相対回転移動が減速されるので、メカニカルストップ同士が高速で衝突することによる破損の発生を抑制することもできる。
加えて、ダンパ機構5が、動作変換部51及びエネルギ変換部52を備え、動作変換部51が雄ネジ要素53及び雌ネジ要素54を備えているので、簡単な構成により入力側プレート71と出力側プレート8との相対回転移動の運動エネルギを他のエネルギ、具体的には熱エネルギに変換することにより低下させることができる。
次いで、本発明の第二実施形態を、図4を参照しつつ以下に述べる。
この第二実施形態に係るトルク制限装置D2は、第一実施形態におけるダンパ機構5に替えて以下に述べるようなダンパ機構6を備えており、その他の点では第一実施形態に係るトルク制限装置と同一の構成を有する。以下、第一実施形態との相違点についてのみ述べる。また、以下の説明において、第一実施形態におけるものに対応する各部位に同一の名称及び符号を付している。
ダンパ機構6は、入力側プレート71及び出力側プレート8の相対回転運動を進退運動に変換する動作変換部61と、進退運動の運動エネルギを他のエネルギに変換するエネルギ変換部62とを備えている。前記動作変換部61は、出力側プレート8に接続された雄ネジ要素63と、入力側プレート71に接続され前記雄ネジ要素61に螺合する雌ネジ要素64とを備えている。一方、前記エネルギ変換部62は、前記雄ネジ要素63及び前記雌ネジ要素64に接続された輪ばね65を利用して形成している。
その上で、入力軸1と出力軸2との間に回転位相差が発生すると、より厳密には入力側プレート71と出力側プレート8との間に回転位相差が発生すると、ダンパ機構6の雄ネジ要素63が雌ネジ要素64に螺着されるので輪ばね65が押し込まれる。このことにより、輪ばね65に弾性エネルギが蓄積されるとともに、輪ばね65の内輪と外輪との間の摩擦により、運動エネルギの一部が熱エネルギとして放出される。すなわち、入力側プレート71と出力側プレート8との間の回転位相差の発生に伴う相対回転移動のエネルギが他のエネルギ、具体的には弾性エネルギ及び熱エネルギに変換されることにより低下し、相対回転移動が減速される。
従って、本実施形態によっても、入力側プレート71と出力側プレート8とが相対回転移動した際に、相対回転移動の運動エネルギがダンパ機構6のエネルギ変換部62により輪ばね65の弾性エネルギ及び輪ばね65の内輪と外輪との間の摩擦により生じる熱エネルギに変換されることにより低下するので、相対回転運動が減速される。従って、入力側プレート71と出力側プレート8との離間が抑制され、摩擦板に付与される摩擦力が大きく減少することにより生じる振動の発生を抑制できる。
加えて、ダンパ機構6が動作変換部61及びエネルギ変換部62を備え、動作変換部61が雄ネジ要素63及び雌ネジ要素64を備えているので、簡単な構成により入力側プレート71と出力側プレート8との相対回転移動の運動エネルギを他のエネルギ、具体的には弾性エネルギ及び熱エネルギに変換することにより低下させることができる。
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
例えば、入力軸及び出力軸の形状を種々に変更してもよい。
また、入力側プレートと出力側プレートとの相対回転の運動エネルギを他のエネルギに変換することにより低下させるダンパ機構として、上述した第一及び第二実施形態に述べた以外のもの、例えばねじりコイルばねを利用したもの等を採用してももちろんよい。
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
1…入力軸
2…出力軸
31…摩擦板
33…スプリング
4…ボールランプ機構
5、6…ダンパ機構
52、62…エネルギ変換部
53、63…雄ネジ要素
54、64…雌ネジ要素
2…出力軸
31…摩擦板
33…スプリング
4…ボールランプ機構
5、6…ダンパ機構
52、62…エネルギ変換部
53、63…雄ネジ要素
54、64…雌ネジ要素
Claims (2)
- 入力軸と出力軸との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板及び前記摩擦板を押圧するためのスプリング力を付加するスプリングを有するクラッチ機構と、前記入力軸側から前記出力軸側に伝達される規定値以上のトルクを感知するボール及びこのボールを収めるボールランプを要素とし、規定値以上のトルクが感知された際に前記スプリングを機械的変位させるべく作用し前記摩擦板の摩擦力を低下させるボールランプ機構と、入力軸と出力軸との間の相対回転運動に伴う運動エネルギを低下させるダンパ機構とを備えていることを特徴とするトルク制限装置。
- 前記ダンパ機構が、入力軸側及び出力軸側の一方に接続された雄ネジ要素と、他方に接続され前記雄ネジ要素に螺合する雌ネジ要素と、これら雄ネジ要素及び雌ネジ要素の間の螺進退に伴い回転運動エネルギを低下させるエネルギ変換部とを備えている請求項1記載のトルク制限装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014072164A JP2015194205A (ja) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | トルク制限装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014072164A JP2015194205A (ja) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | トルク制限装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2015194205A true JP2015194205A (ja) | 2015-11-05 |
Family
ID=54433420
Family Applications (1)
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JP2014072164A Pending JP2015194205A (ja) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | トルク制限装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2015194205A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107630988A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-01-26 | 东莞市松研智达工业设计有限公司 | 一种基于齿轮变速的扭矩离合器 |
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2014
- 2014-03-31 JP JP2014072164A patent/JP2015194205A/ja active Pending
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