JP2631983B2 - トルク伝達機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械としてのタップホルダまたはドリ
ルホルダ（チャック）のトルク伝達機構として利用する
に適する。

本発明は、中心を共通にする二軸間のトルク伝達機構
に関する。特に、一方の軸の凹みにそれぞれ対応する複
数のトルク伝達用のボールを備え、伝達トルクが限界値
を越えたことにすべりを生ずる機構に関する。

〔概要〕

本発明は、同心上に配置された二つの軸の間にトルク
伝達用のボールおよびこのボールがバネにより押しつけ
られる凹みを設け、伝達トルクが所定の限界値を越える
場合にボールが凹みから飛び出してすべりを発生し、ト
ルクの伝達を抑制する機構において、 ボールが凹みから飛び出たときに周方向に逃げる空間
を設け、かつ逆転ロック手段を設けることにより、 すべり発生時の振動と熱を少くし、軸の逆回転時に生
ずる逆方向のすべりを防ぐようにしたものである。

〔従来の技術〕 スウエーデン国特許出願第8602529−３号その他によ
り、第一軸と、この第一軸の外側に同心上に形成された
第二軸との間に回転トルクを伝達する機構であって、両
軸の間に複数のボールが配置され、第一軸にはこのボー
ルの外周にほぼ等しい形状の凹みが形成され、第二軸に
はこのボールを収容しかつこのボールが径方向に移動で
きる大きさのチャンバが形成され、このボールに接する
ボルスタリングと、このボルスタリングを押圧し上記ボ
ールを上記凹みに押しつける方向にバイアス力を与える
バネと、このバネのバイアス力を調節する手段とを備え
たトルク伝達機構が知られている。

この構造のトルク伝達機構では、定常状態ではすべて
のボールが凹みに嵌まり込んでいて、両軸の間に回転ト
ルクが伝達されるが、伝達トルクの大きさが所定の限界
値を越えると、ボールはバネのバイアス力に坑してボル
スタリングを押上げて、凹みからチャンバの中に飛び出
して、両軸の間にすべりが発生する構造となっている。

この構造は、タップホルダあるいはドリルホルダなど
のトルク伝達機構として利用するときに、伝達トルクが
所定の限界値を越えたときにすべりを発生させて、装置
や工作物を破壊することを防止できる優れたものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこの構造の装置では、伝達トルクが所定の限界
値を越えてボールが凹みから飛び出した状態では、ボー
ルはその凹みを連絡するように形成された溝に沿って移
動し、つぎの凹みに達すると、ボールにはひきつづきバ
ネによるバイアス力が加えられているから、その凹みの
中に強制的に落ち込むことになり、ボールの凹みに対す
る振動と熱が発生し、この機構に摩耗が生じることにな
る。

さらにこの機構のもうひとつの欠点として、意図しな
い逆方向のすべりが生じることがある。これはボールに
バネにより与えられるバイアス力が小さく調整されてい
る場合に見られる。すなわち、タッピングしたタップを
孔から抜くなど第一軸を逆回転するとき、タップと孔と
の接触抵抗が大きいと、弱いバイアス力によってボール
は凹みから出て、逆方向のすべりがおこる。これは、タ
ップや工作物を破壊する原因となることがある。

本発明はこれらの欠点を解消するもので、限界値を越
える伝達トルクが発生したときにも、振動、発熱および
摩耗が少なく、逆方向のすべりを防止することができる
トルク伝達機構を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、第一軸と、この第一軸の外側に同心状に形
成された第二軸との間に回転トルクを伝達する機構であ
って、両軸の間に複数のボール（11）が配置され、第一
軸には、このボールの外周とほぼ等しい形状の複数の凹
みと、この凹みを上記第一の軸の円周に沿って連結する
この凹みより浅い溝とが形成され、第二軸には上記複数
のボールをそれぞれ収容しかつそのボールが径方向に移
動できる大きさの複数のチャンバが形成され、通常の動
作時には上記第一軸と上記第二軸とが結合されるように
各ボールを上記凹みに押しつけ、伝達されるトルクが限
界値を越えたときには上記第一軸と上記第二軸との結合
が解放されるように各ボールが上記チャンバ内に移動す
ることを許容するバネ手段と、上記複数のボールのいず
れかが上記溝の位置にあるときにはそのボールにより上
記バネ手段による他のボールへの押しつけを解除する手
段とを備えたトルク伝達機構において、上記複数のチャ
ンバには、上記第一軸および上記第二軸の回転方向に沿
った幅が上記ボールの直径にほぼ等しくその壁が上記第
一軸および上記第二軸の中心軸からの放射方向に対して
平行に形成された第一種のチャンバと、上記第一軸およ
び上記第二軸の回転方向に沿った値が、自分の収容して
いるボールが上記凹みから外れたときには上記第一軸の
回転方向に沿って移動し、他のチャンバ内のボールがそ
れぞれ上記凹みに対向しているときにはそのチャンバ内
のボールが上記溝の位置にあり、そのチャンバ内のボー
ルが上記凹みに対向しているときには他のチャンバ内の
ボールが上記溝の位置にあるように、上記ボールの直径
より大きい幅に形成された第二種のチャンバとを含み、
上記第一種または上記第二種のチャンバの少なくともひ
とつには、上記第二軸が上記第一軸に対して逆方向に回
転しようとするときにそのチャンバに収容されているボ
ールを上記バネ手段とは独立に上記凹みの方向に押しつ
けて逆転方向のすべりを禁止する逆転ロック手段を含む
ことを特徴とする。

上記第二種のチャンバは、軸の中心に対して対称な二
つのチャンバであるか、または軸まわりに120度の角度
をなす三つのチャンバとすることができる。

上記回転ロック手段は上記第二種のチャンバの壁面と
して設けられ、この壁面は、ボールを軸に対して放射方
向に保持する角度に対して小さい角度αだけ回転方向の
前側に傾斜して形成されることがよい。また、これとは
別に、あるいはこれと組み合わせて、上記逆転ロック手
段は上記第一種のチャンバの回転方向の後側に形成され
た開空間を含むことができる。

大きい幅はボールの直径の1.5倍以上であることが好
ましい。

〔作用〕

定常状態では、バネのバイアス力によりすべてのボー
ルが凹みに嵌まり込んでいて、トルクは凹み、ボールの
表面、チャンバの内壁面のそれぞれの接触面を介して伝
えられる。このとき両側の間にすべりはない。

伝達トルクが所定の限界値を越えると、ボールはバネ
によるバイアス力に抗してチャンバの内壁面により凹み
から外に引き出され、凹みとボールとの間の嵌まり合い
は開放され、溝に沿って摺動するので、両軸の間にはす
べりが生じる。このとき、大きい幅に形成されたチャン
バでは、ボールが周方向に沿って移動し、この位置でボ
ルスタリングを押し上げる。このためボルスタリングを
介するバネのバイアス力は上記他のボールには作用しな
くなる。また、大きい幅に形成されたチャンバのボール
がちょうど凹みに達するタイミングでは、他のボールが
ボルスタリングを押し上げているからこれにバイアス力
が作用しなくなる。したがって、他のボールが凹みに強
制的に押し込まれることがないので、振動がなくなる。
これにより、発熱および摩耗はいちじるしく少なくな
る。

また、何らかの原因によって、意に反して逆方向のす
べり力が作用することがあっても、大きい幅に形成され
たチャンバのうち逆転ロック手段が形成されたチャンバ
では、ボールはその壁面に対してロックされて逆転が防
止される。

〔実施例〕

つぎに本発明による実施例を図面を参照して詳細に説
明する。

図面は、タップホルダに用いられるトルク伝達機構に
実施した場合を示す。

第１図は、本発明実施例装置の径方向の断面図で、第
二軸に設けられた異った形態のチャンバを示す。第２時
は第１図に示すII−II視の断面図であり、第３図は逆転
ロック手段の一実施形態の説明図である。

第１図および第２図において、本実施例では第一軸と
第二軸２（スウェーデン国特許出願第8602529−３号に
おけるキャリアおよびドックにそれぞれ対応する）を備
える。この例では第一軸１が駆動軸、第二軸２が被駆動
軸である。複数の凹み３は第一軸１に設けられ、これら
の凹みは溝19によりすべて連結される。第一軸１から第
二軸２へのトルクが小さい正常の運転の場合には、ボー
ル11は凹み３にそれぞれ嵌まり込み、チャンバ18を備え
た第二軸２と結合して回転力を伝える。チャンバ18は一
般にはボール11の直径Ｄとほぼ等しい幅B1を有する。凹
み３の深さは、ボルスタリング９（第２図参照）による
バネ10のバイアス力が、ボール11をこの凹み３に押しつ
け回転トルクを伝達するように適するようになってい
る。このバイアス力の強さは自由に調整できる。

第二軸２を駆動するのに必要なトルクが、あらかじめ
調整されたバネのバイアス力による限界値を超えると、
ボール11は凹み３より飛び出して位置４に移る。このよ
うにボール11は凹み３から離れ、チャンバ18の方に飛び
出すと、両軸の結合はなくなる。この種のトルク伝達機
構の詳細は、先願例に記載されている通りである。

本発明によるトルク伝達機構の特徴は、少くとも一つ
のチャンバ（例えば符号17のもの）は、ボール直径より
も大きい幅B2を備えた大きさにある。この幅B2は少くと
も1.5に等しいか、それより大きいものがよい。

トルク伝達機構にすべりが生ずるとき、すなわちトル
クが調整されたバイアス力による限界値を超えたとき、
ボール11はチャンバ17および18に飛び出す。しかしチャ
ンバ17に移ったボール11は、鎖線で示す位置５に移動
し、穿孔作業が終了し、タップやドリルを抜くための逆
回転動作をおこすときまで、この位置５にとどまる。位
置５にとどまったボールはボルスタリング９を押し上げ
るので、その他のボールにはボルスタリング９によるバ
イアス力は加えられないので、その他のボールが凹みの
内面を押す力は無視される。このようにしてすべりが発
生すると、位置５にあるボールはボルスタリング９を押
し上げながら溝19をすべってつぎの凹みに達したとき、
その他のボールはそれぞれ凹みに達せず、上記位置５の
ボールが凹みに対向したときは、このボールに代わって
ボルスタリング９を押し上げる。このようにすべりが生
じているとき、凹みに対向しているボールにはバイアス
力が作用しないので、ボールは強制的に凹みに落ち込む
ことがない。したがって振動やそれに伴う熱の発生が少
く、機構に大きな摩耗を与えることはない。

本実施例が軸回転方向が逆転し、タップなどを抜くと
きに好ましくないすべりの発生を防ぐため、複数のチャ
ンバ18のうちの少くとも一つのチャンバに逆転ロック手
段を設ける。この逆転ロック手段は、チャンバ16として
図示されたもののように、その内壁面７、８が（チャン
バ17の壁面と対比して）所定の角度で傾斜させたことに
ある。このチャンバ16の内壁面７、８は、定常の回転方
向Ｖにむけて一般にチャンバの内壁面と所定の角度αだ
け傾斜させている。ここに一般のチャンバの内壁面は、
軸の中心とそのチャンバに入るボールの中心とを結ぶ径
方向にそれぞれ平行な面である。この角度αはつぎのよ
うにして決定される。すなわち第３図に示すように、ボ
ールが第一軸１および第二軸２にそれぞれ接する点P2お
よびP1を結ぶ仮想線Ｌが、第一軸１および第二軸２の回
転軸Ｒ方向からみて、ボールの中心Ｃまたはその外方を
通るように決定される。軸が逆回転したときは、ボール
に働く力の分力によってボールは凹みに押し込まれる。

この逆転ロック手段の他の実施形態は第１図にチャン
バ15として示される。このチャンバ15の内壁面には開空
間12が設けられ、この開空間12は矢印Ｖ示す定常の回転
方向Ｖに対して後方となる側の内壁面に設けられたもの
である。この開空間12の形状は、回転方向が矢印Ｖの反
対方向となり、トルクがバネのバイアス力で調整された
値以上のものとなったとき、ボールを収容しておくに適
した形状とする。第１図に示す位置14に示すように、開
空間12に収容されたボールは凹み３に保持され、すべり
が発生する状況となっても、開空間12の内壁面によって
ボールはその位置にとどまる。

以上の説明より判るように、チャンバの少くとも一つ
はボールの直径より大きい幅を備え、さらにそのうちの
少くとも一つに逆転ロック手段が設けられる。これら二
つの機能を、一つのチャンバ、例えばチャンバ16で行う
こともできる。

さらに好ましくは、軸中心に対称な二つのチャンバの
それぞれの幅を大きいものとし、すべりが発生したとき
に、この機構に加えられる力を均一にする。

またこれらのチャンバの一方また両方の内壁面をそれ
ぞれ角度αだけ傾斜させるか、あるいは第三のチャンバ
に開空間を設けることもできる。

本発明の範囲には、さらに他の実施例も包含される。
すなわち大きい幅を有する３個のチャンバが軸まわり12
0゜の間隔で配置され、そのうちの一つまたはそれ以上
のものは傾斜した内壁面を備え、または第３図に示す開
空間を備えたものとすることにある。

第１図の矢印Ｖに示すように軸の定常時の回転方向に
対して、チャンバの傾斜した内壁面または開空間はその
後側に設けられるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、伝達できるトル
クの大きさを所定の限界値に調整できるトルク伝達装置
において、すべり時の振動および発熱量を小さくし、ボ
ールの摩耗を低減し、かつ逆転時に生じる意図しない逆
方向のすべりを防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例装置の径方向の断面図。 第２図は、第１図に示すII−II視の断面図。 第３図は、上記実施例の逆転ロック手段の説明図。 １……第一軸、２……第二軸、３……凹み、４、５、14
……ボールのとる位置、７、８……傾斜した内壁面、９
……ボルスタリング、10……バネ、11……ボール、12…
…開空間、15〜18……チャンバ、19……溝。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一軸（１）と、この第一軸の外側に同心
   状に形成された第二軸（２）との間に回転トルクを伝達
   する機構であって、 両軸の間に複数のボール（11）が配置され、 第一軸には、このボールの外周とほぼ等しい形状の複数
   の凹み（３）と、この凹みを上記第一の軸の円周に沿っ
   て連結するこの凹みより浅い溝（19）とが形成され、 第二軸には上記複数のボールをそれぞれ収容しかつその
   ボールが径方向に移動できる大きさの複数のチャンバ
   （18）が形成され、 通常の動作時には上記第一軸と上記第二軸とが結合され
   るように各ボールを上記凹みに押しつけ、伝達されるト
   ルクが限界値を越えたときには上記第一軸と上記第二軸
   との結合が解放されるように各ボールが上記チャンバ内
   に移動することを許容するバネ手段（10）と、 上記複数のボールのいずれかが上記溝の位置にあるとき
   にはそのボールにより上記バネ手段による他のボールへ
   の押しつけを解除する手段（９）と を備えたトルク伝達機構において、 上記複数のチャンバには、 上記第一軸および上記第二軸の回転方向に沿った幅が上
   記ボールの直径（Ｄ）にほぼ等しく（B1）その壁が上記
   第一軸および上記第二軸の中心軸（Ｒ）からの放射方向
   に対して平行に形成された第一種のチャンバ（15、18）
   と、 上記第一軸および上記第二軸の回転方向に沿った幅が、
   自分の収容しているボールが上記凹みから外れたときに
   は上記第一軸の回転方向に沿って移動し、他のチャンバ
   内のボールがそれぞれ上記凹みに対向しているときには
   そのチャンバ内のボールが上記溝の位置にあり、そのチ
   ャンバ内のボールが上記凹みに対向しているときには他
   のチャンバ内のボールが上記溝の位置にあるように、上
   記ボールの直径（Ｄ）より大きい幅（B2）に形成された
   第二種のチャンバ（16、17）と を含み、 上記第一種または上記第二種のチャンバの少なくともひ
   とつ（15、16）には、上記第二軸が上記第一軸に対して
   逆方向に回転しようとするときにそのチャンバに収容さ
   れているボールを上記バネ手段とは独立に上記凹みの方
   向に押しつけて逆転方向のすべりを禁止する逆転ロック
   手段（７、12）を含む ことを特徴とするトルク伝達機構。
2. 【請求項２】上記第二種のチャンバは軸の中心に対して
   対称な二つのチャンバである特許請求の範囲第（１）項
   に記載のトルク伝達機構。
3. 【請求項３】上記第二種のチャンバは軸まわりに120度
   の角度をなす三つのチャンバである特許請求の範囲第
   （１）項に記載のトルク伝達機構。
4. 【請求項４】上記逆転ロック手段は上記第二種のチャン
   バの壁面として設けられ、この壁面は、ボールを軸に対
   して放射方向に保持する角度に対して小さい角度αだけ
   回転方向の前側に傾斜して形成された特許請求の範囲第
   （１）項に記載のトルク伝達機構。
5. 【請求項５】上記逆転ロック手段は上記第一種のチャン
   バの回転方向の後側に形成された開空間（12）を含む特
   許請求の範囲第（１）項に記載のトルク伝達機構。
6. 【請求項６】大きい幅（B2）はボールの直径（Ｄ）の1.
   5倍以上である特許請求の範囲第（１）項に記載のトル
   ク伝達機構。