(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過負荷に際して動力伝達を遮断する適応型スリップクラッチであって、駆動部と被動部との間におけるトルク伝達を、予め圧縮したばね（５）により生ずる押圧力によって実現する適応型スリップクラッチにおいて、生じた被動部のトルクに依存する解除モーメントを適応調整するために、駆動軸又は被動軸を二個の構成部分から成るシャフトとして形成し、該シャフトの両方の構成部分（３，７）を同軸状に互いに相対的に回転可能に連結し、駆動側のシャフト部分（７）と形状結合による駆動素子（２）との間で軸線方向に変位可能とし、前記駆動素子（２）又は駆動側のシャフト部分（７）が軸線方向に移動可能な所定の慣性質量（８）を有するようにし、駆動トルク（Ｍ）の上昇に伴い、圧縮ばね（５）が、被動側シャフト部分（３）に結合された係止手段（６）に対して一層強く押圧するように構成したことを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項２】
請求項１記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記駆動素子（２）と駆動側のシャフト部分（７）との間における慣性質量（８）の軸線方向の変位量が制動部材（11；50）によって規制されることを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記駆動素子（２）の慣性質量（８）が案内部材（４）を通じて駆動側のシャフト部分（７）に作用することを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項４】
請求項３記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記案内部材（４）を、自己停止機能のない可動ねじとしたことを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項５】
請求項３記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記案内部材（４）を、駆動側のシャフト部分（７）との連結リンクとしたことを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記両方のシャフト部分（３，７）を、互いに重合して同軸状に連結し、被動側のシャフト部分（３）が駆動側のシャフト部分（７）に適応することを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記係止手段（６）を、球体、円筒又はローラによる環状肩部として形成し、前記圧縮ばね（５）を圧着リング（９）を通じて環状肩部に押圧させることを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記係止手段（６）を、トルクに応じて解除する噛合部材としたことを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の適応型スリップクラッチにおいて、前記係止手段（６）を、トルクに応じて解除する摩擦結合部材としたことを特徴とする適応型スリップクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適応型スリップクラッチに関し、特に、ドリル装置の使用に際して、駆動部と被動部との間におけるトルク伝達を予め圧縮形成したばね素子から生ずる動力によって実現する適応型スリップクラッチに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
穿孔機、ドリルハンマ、ダイアモンドドリル装置等のドリル装置を使用する場合、基盤に因っては過大なトルクが生じ得る。上述した構成の機種に許容される最大トルクは比較的正確に規定することができる。しかしながら、機械及び特に手持ち装置に及ぼすトルクの作用は極めて多様に異なる。使用者が梯子に上がって手持ち装置を作動操作する場合、地面上に立って全身をドリル装置に押しあてる場合よりも反作用モーメントは小さい。例えば、堅固な基盤においては、トルクは、鉄筋との遭遇する場合よりも明らかに遅く上昇する。使用及び足場の状況が良好でない場合、極く僅かなトルクの変化、特に、反応モーメントによっては重大な事故が引き起こされることも有り得る。
【０００３】
過大なトルクの発生を防止するため、スリップクラッチ又は係止クラッチを用いることが既知であり、その設計は使用者及び機械を保護する両面から両立するように行われる。しかしながら、この両立性の成果は満足しうるものではない。機械の能力を完全に利用可能とすべきであるならば、従来の過負荷クラッチは、ドリルのブロックに際してドリル装置に生ずる反応モーメントに起因して上述の事故に繋がる恐れがある。
【０００４】
例えば、工具のブロックに起因する事故を早期に認識するために、速動性の電磁クラッチを通じて機械から工具への動力伝達を遮断することにより、使用者が負傷する危険性を回避する様々な解決法が既知である。通常、これらの解決策は電子工学又は電気工学による解決方法であり、これらの方法では、反応モーメントに基づく装置ハウジングの所定の閾値を超える加速成分又は速度成分が、質量に係るセンサによって捕捉され、電気信号に変換されて分離クラッチを解除するために用いられている。このような速度センサを具える電磁的な解決の実施例はドイツ連邦共和国特許出願第  ３３  ４６  ２１５号及び  ＷＯ−ＤＥ  ８８−００  １０９に記載され、  ドイツ連邦共和国特許出願Ｐ４３  ４４  ８１７．８  においては加速度センサ及びデジタルエレクトロニクスを用いた新しい解決法として提案されている。これらすべての電子的又は電気的な解決法においては、  回転加速度、  急増する電流値、上昇するトルク等の値をセンサにより検出している。電子回路により、センサ信号が一定の限界値又は閾値を超えたか否かにより／又は予め記憶したプロセス経過認識に基づいてトラブルの発生を識別している。このような電子的解決方法により、駆動モータの連動解除又は停止のような適切な措置によるトラブルの危険性が回避されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
既知の解決法は、いずれもセンサ機構の他に電子的な識別回路、評価回路、及び増幅回路を必要とし、この結果、製造コストが高価になる不具合が生じてしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、既知の電気的又は電子的な解決とは異なり、コスト面で有利な純機械的な解決法を提案することにある。
【０００７】
この課題を解決するため、本発明による適応型スリップクラッチは、求められる末端モーメントに依存する解除モーメントを適応調節するために、駆動軸又は被動軸を二個の構成部分から成るシャフトとして形成し、該シャフトの両方の構成部分を同軸状に互いに相対的に回転可能に連結し、駆動側のシャフト部分と形状結合による駆動素子との間で軸線方向に変位可能とし、前記駆動素子又は駆動側のシャフト部分が軸線方向に移動可能な所定の慣性質量を有するようにし、駆動トルクの上昇に伴い、圧縮ばねは被動側シャフト部分と結合した係止手段に対して一層強く押圧することを特徴とするものである。
【０００８】
既知の電気的又は電子的な解決法に対して、本発明の適応型スリップクラッチは他の機能原理に基づくものである。純粋に力学的に作用するスリップクラッチであり、その解除モーメントは調整可能である。この解除モーメントは、それぞれに関係する駆動回転モーメントに依存して自動的に調整される。解除モーメントは、それぞれに関係するトルクよりも僅かに大きくなるように調整されるため、正常な作動状態においてスリップクラッチが解除されることはない。
【０００９】
慣性質量を具えるか、適応性のある制動を伴う駆動素子は、自己停止機構のない可動ねじ又はリンク結合を通じた形状結合によって駆動側のシャフト部分に作用させることが有利である。後述する説明から明らかなように、両方のシャフト部分は互いに重合して同軸状に連結することが有利であり、被動側のシャフト部分は駆動側のシャフト部分に適応するとともに、係止手段は被動側のシャフト部分に保持し、環状肩部として配置した球体、ローラ等から形成する。係止手段は駆動側のシャフト部分の重ね合わされた端部に位置し、圧縮ばねは圧着リングを介して環状肩部に押圧する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施例につき本発明を一層具体的に説明する。
【００１１】
図１に示すトルクと時間との間の関係を示すグラフにおいて、下側の曲線はドリル装置に係るトルクの正常動作における具体的にとり得る変化を示している。上側の曲線は適応型スリップクラッチによって伝達可能な最大トルクを示している。この解除モーメント又は最大トルクの変化は、最大許容値Ｍｍａｘ  （図２参照）に至るまでは作動トルクの変化に追従する。本発明においては、スリップクラッチの解除モーメントが選択又は調整しうる調節速度に追従するからである。解除モーメントはそれぞれに関係するトルクよりも明らかに若干大きく調整されるため、既述のように正常な状態では図１に示すクラッチ解除はあり得ない。
【００１２】
以下に詳述する本発明による特有の機能により、図２のダイアグラムに示すように調節速度を制限することができる。例えば、工具のクランプやブロック等に由来する回転速度の低下挟止又はブロックに際し、トルク上昇が、最大調節速度がもたらす上昇速度よりも大きくなる場合、適応性型スリップクラッチが現況に適合可能となる前に、図３のダイアグラムに示すように解除の閾値が超えられる。この結果、前述したトラブルが発生した場合スリップクラッチが解除され、駆動モータから工具への動力伝達が瞬時に中断し、装置の使用者は保護される。
【００１３】
本発明による適応型スリップクラッチ１の構造的な基本構成を図４に示す。同様の構造を有するスリップクラッチ又は係止クラッチから既知であるように、駆動部分２（例えば、ピニオン）と被動部分３との間において、停止手段又は係止手段６に対して押圧力を作用させるばね５によって生ずる力の成分によりトルク伝達を行う。この構成を有する従来のスリップクラッチ又は係止クラッチにおいては、解除モーメント及び伝達可能なトルクＭがほぼ一定に保たれる。
【００１４】
本発明による適応型スリップクラッチにおいては、ばね５の圧縮量を制御する。そのために、駆動軸又は被動軸は、（図示していない）工具に対する動力伝達機構を２個の構成部分から構成する。即ち、図４〜７に示すように、例えば、互いに同軸として設けた二本の中空シャフト又はシャフト部分から形成する。図示の実施例においては、被動側のシャフト部分３を駆動側のシャフト部分７の内部に案内する。両方のシャフト部分３及び７は互いに相対的に回転する。以下、一体化して案内部材４と称する駆動側シャフト部分７の可動ねじ、リンク案内部材等を通じて、駆動部分２（図７の場合は歯車又は案内スリーブ２２）を駆動側シャフト部分７に把持する。駆動部分２（歯車、案内スリーブ）は被動側シャフト部分３及び工具とは反対側の端面１０にを介してばね５を作用させる。該ばねは、案内部材４を通じて作用する捩れ運動の成分として駆動側シャフト部分７と駆動部分２との間における軸線方向の変位により生ずるトルクＭに応じてストッパ及び被動側シャフト部分３と結合した停止手段又は係止手段６に対して強く押し当たる。案内部材４における両部分２及び７の軸線方向における相対変位により、ばね５は、対応するトルクで多かれ少なかれ圧縮され、シャフト部分３に生じたトルクに適応するスリップクラッチの解除モーメントを調整する。
【００１５】
図４に示す本発明による適応性を有するスリップクラッチの原理図には、いくつかの応力−ベクトルダイアグラムが表示されている。これらのダイアグラムは、クラッチの特定した作用点における一定の有効トルクＭについて、軸線方向及びこれと直交する径方向に作用する応力成分として示される。
【００１６】
図４に示す適応型クラッチシステムの応力伝達特性及びモーメント伝達特性を正常な作動（図１参照）及び解除（図３参照）におけるモーメント伝達で明らかにするために、個々の応力−軸線方向成分の二つのベクトルダイアグラム（図４（ｂ）  及び  （ｃ））  を図示し、以下に説明する。
【００１７】
トルクＭに基づき調節素子及び駆動素子２に作用する応力成分は、軸線方向の調節応力Ｆｖと径方向応力Ｆｕｖ  とに分解される。  慣性応力又は制動応力Ｆｄは軸線方向成分Ｆｖに抗して作用する。  この応力成分Ｆｄは作動状況に応じて大きさが異なるが、  図１，２及び図４（ｂ）のベクトルダイアグラムから明らかなように、  正常な作動においてはほぼ一定である。  ばね５に伝達される軸線方向応力Ｆｆｖ  は  Ｆｆｖ＝（Ｆｖ−Ｆｄ）となる。被動端側シャフト部分３への動力伝達に際し、この動力による算出可能なばね力Ｆｆａ  が係止機構に生じ、  該係止機構を通じてシャフト部分７と３との間で動力伝達が行われる。係止機構における径方向応力の符号をＦｕａ  とする。ばね力の軸線方向成分Ｆｆｖ  の値は、本発明の基本原理に従い、図４に図示しただけの案内部材４（リンク）による駆動素子２の軸線方向の相対的変位に応じて変化する。
【００１８】
例えば、鉄筋との遭遇などのトラブルではシャフト部分３がブロックされる。慣性質量及び内蔵した減衰部材により、ばね力成分Ｆｆｖ  は求めたトルク上昇を生じさせることができない。軸線方向に作用する慣性成分又は制動成分Ｆｄは急激に上昇するため、被動側シャフト部分３に作用するトルクの急激な増加により、軸線方向のばね力成分Ｆｆａ  は、もはや応力伝達には不十分となる。そのため、圧着リング９と係止手段６との間でクラッチ機構が解除し、装置の駆動部から被動端側シャフト部分３への応力伝達が瞬時に中断する  （図４（ｃ））。
【００１９】
図５及び図６に示すように、被動側シャフト部分３のばね５に用いる停止手段又は係止手段６は、被動側シャフト部分３のマントルにばね負荷して設けた球体冠部によって形成する。この球体冠部は、駆動側シャフト部分７の重なり合う中空シャフト部分を貫通し、係止手段６である球体に対して傾斜した圧着リング９を支持するとともに、駆動部分２と対向するように配置した圧縮ばね５の端部により押圧される。ばね５の様々な押圧力に適応した調整可能な形状結合クラッチは、圧着リング９の傾斜した内側面と被動側シャフト部分３に設けた停止手段又は係止手段６である球体との間に形成される。動力伝達は、円筒、ローラ、トルクに依存して解除する噛合部材を通じた同等の実施例として又は純粋な摩擦結合としても可能である。
【００２０】
既述のように、適応型クラッチシステムは、関係するトルクよりも大きな解除モーメントが得られるように設計する必要がある。上述した事項は、駆動部分と軸部分７との間の軸線方向相対変位と、ばね５のトルクに応じた圧縮に基づく結合力の調整とにより達成される。その結果、正常な状態におけるスリップクラッチは、この種のスリップクラッチの技術水準に照らして一定のトルクで解除する代わりに、トルク上昇に応じてばねが圧縮される。
【００２１】
しかしながら、本発明においては、トルクの適合に必要な速度調節を規制することができる。速度調節は、例えば、一定の質量を有する調節素子８又は駆動素子２の設計により、即ち、慣性質量を調整することによって実現可能である。この場合、図６に示すように、代替として駆動素子２を例えば嵌合により制動部材１１と連結することが可能であり、  場合によっては一定の駆動トルク以上で作用する。  図６に示す制動構造部分１２はハウジングに固定する。
【００２２】
図７は、本発明による適応型スリップクラッチの実証された試験実施例を示している。この実施例においては、駆動部分２はフランジ付加部２１を具えるスプライン軸２０から構成する。この場合、玉軸受３１を内側で保持するために、被動側シャフト部分３には、ねじ固定したカウンタフランジ２３を設け、  該カウンタフランジは同様のねじ固定によりトルク伝達のための案内スリーブ２２に結合することが有利である。  案内スリーブ２２は内側にスライド溝２４を有し、  該スライド溝には、つれまわし用のウェッジ７０を軸線方向に変位可能として嵌合する。このウェッジは調整リング７として形成した駆動側のシャフト部分７に堅く結合する。調整リングとして形成したシャフト部分７の軸線方向変位は、案内部材４（リンク）を通じて実現し、該案内部材には調整リングと結合したスライドタップ４０を嵌合する。フランジ部分２３の内面とこれと対向する調整リングの前面との間の領域では、  空気容積部５０が制動部材として作用する。
【００２３】
最初に記述した図５及び図６に示す実施例のように、圧着リング９を支持する係止手段６は、ばね負荷された球体のリングとして形成する。これらの球体は、一方において被動側シャフト部分３の中空シャフト状の中核部分３２に保持し、他方では案内部材４（リンク）を形成した周囲のスリーブ部分３０を貫通する。
【００２４】
本発明による純粋に力学的な解決法は、  自己調整される解除モーメントを伴う適応型スリップクラッチを用いて反応モーメントの不意の急激な増大から、特に手持ちドリル装置の使用者を保護することを目的としている。この解決法は、作業上の安全性が高いならば、多くの使用例において、冒頭に既述したメカトロニク及び電子工学による解決法に対する有利な代替案となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による適応型スリップクラッチを具えるドリル装置の作動に際し、解除モーメントの時間的経過に調整可能な安全離間距離を加えた曲線を示す実際のトルクの作動−時間ダイアグラムである。
【図２】図２は、本発明による適応型スリップクラッチを具えるドリル装置のトルク及び解除モーメントの時間経過を示すグラフである。
【図３】図３は、例えば、ドリルのブロックによるトラブルの発生に際し、適応型スリップクラッチの解除を明らかにする図１及び図２に対応して示すダイアグラムである。
【図４】図４は、本発明による適応型スリップクラッチの機能原理を説明するための線図である。
【図５】図５は、本発明の構成による適応型スリップクラッチの第２実施例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の構成による適応型スリップクラッチの変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の構成による適応型スリップクラッチに係る実証された具体的な実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
２  駆動素子
３  被動側シャフト部分
４  案内部材
５  引張ばね
６  係止手段
７  駆動側シャフト部分
８  慣性質量
９  圧着リング
１１，  ５０    制動部材
【図１】
0003615593.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003615593.tif 000008