(57)【要約】【課題】複雑な演算処理を必要とせずに精度良くトルクを管理でき、トルクの規定値の変更も容易で、装置構成が簡素で低廉な、トルク制限装置を提供する。【解決手段】トルクの入力及び出力の一方を伝達し、非円形のガイドを有する第一部材と、トルクの入力及び出力の他方を伝達し、該第一部材と相対回転する第二部材と、該第二部材に保持され該ガイドにより案内されて変位する係合部材と、該第一部材に保持されトルク変動により変位して、該係合部材と係脱する係合手段をもつ中間部材と、を備えることを特徴とするトルク制限装置。なお、前記中間部材は、前記第一部材に相対回転可能に保持された中間部材本体と、該第一部材と該中間部材本体との間に介在し、前記係合部材によって変位される該中間部材本体に抗するばね手段と、からなることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクの入力及び出力の一方を伝達し、非円形のガイドを有する第一部材と、
トルクの入力及び出力の他方を伝達し、該第一部材と相対回転する第二部材と、
該第二部材に保持され該ガイドにより案内されて変位する係合部材と、
該第一部材に保持されトルク変動により変位して、該係合部材と係脱する係合手段をもつ中間部材と、
を備えることを特徴とするトルク制限装置。
【請求項２】
前記中間部材は、前記第一部材に相対回転可能に保持された中間部材本体と、該第一部材と該中間部材本体との間に介在し、前記係合部材によって変位される該中間部材本体に抗するばね手段と、からなる請求項１に記載のトルク制限装置。
【請求項３】
前記第一部材は、トルクの入力及び出力の一方を伝達する第一軸と、非円形のガイドを有するガイド部材と、からなる請求項１または２のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項４】
前記ガイドは、楕円形あるいは長円形の内周である請求項１〜３のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項５】
前記ガイドは、楕円形あるいは長円形の外周である請求項１〜３のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項６】
前記第二部材は、前記第一部材と相対回転可能に相互に軸支持しあう第二軸である請求項１〜５のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項７】
前記係合部材は、一端が前記第二部材に保持され、他端が前記ガイドに当接する案内用ばね部材である請求項１〜６のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項８】
前記案内用ばね部材は、前記ガイドとの当接箇所に摺動を円滑化する円滑手段を備える請求項７に記載のトルク制限装置。
【請求項９】
前記係合手段は、前記係合部材と係合及び離脱するカムである請求項１〜８のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項１０】
前記第一部材と前記第二部材のうち一方が駆動源に連結され、他方が締め付け部材に連結されて、締め付け工具を構成する、請求項１〜９のいずれかに記載のトルク制限装置。
【請求項１１】
前記第一部材と前記第二部材のうち一方が駆動源に連結され、他方が負荷装置に連結されて、過大なトルクの伝達を防止する安全装置を構成する、請求項１〜９のいずれかに記載のトルク制限装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸により伝達されるトルクを一定値以下に制限するトルク制限装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルトなどの締結部材を締め付けるインパクトレンチなどの締め付け工具では、規定のトルク値で締め付けを行い、規定値を超えるトルクが加わらないようになっている。規定値よりも小さいトルクで締め付けを終えると締結力が不足して緩みや脱落のおそれが生じ、規定値を越えるトルクで締め付けると締結部材や対象物を破損させるおそれが生じる。このため、締め付け工具では、規定のトルク値までは回転動作を伝達し、規定を越えるトルク値では空転するようにして、トルクを制限している。このようにトルク値を管理する締め付け工具として、例えば特許文献１ではインパクトレンチの締付力制御装置が開示さている。この締付力制御装置は、非接触式センサを備え、間欠打撃時の逆回転量及び正回転量を検出し、演算及び比較処理を行って、トルクの大きさを管理している。
【０００３】
一方、車両運搬機器や工作機械、事務機械などにおいても、動力を伝達する回転軸にトルクリミッタを備える場合がある。このトルクリミッタでは、適正な大きさのトルクを伝達することにより機能を維持し、過大なトルクの伝達を防止して機械を保護し、安全を保っている。トルクリミッタも前記の締め付け工具も、規定値以下のトルクを伝達し、規定値を越えるトルクを遮断するという点では同一の機能を有している。
【特許文献１】特許第２６２７７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の締付力制御装置は、非接触式センサや演算比較手段を備えて複雑な処理を行うため、装置は複雑化しかつ高価になっている。また、装置内部における摺動抵抗などの原因でトルクにばらつきが生じ、実用上の誤差が大きい。このため、コストパフォーマンスの点で難があり、市場で普及していないのが現状である。
【０００５】
一方、トルクリミッタにおいても、規定値の管理が不十分なことに起因して、駆動源のモータを破損させたりする場合が生じている。また、トルクリミッタは、希に発生する所定のトルクオーバを検出し、主に安全あるいは設備の破損防止のために機器を停止させるものであり、締め付け工具のように頻繁に規定値を超えるトルクが発生する用途には適さない。
【０００６】
さらに、トルクの規定値を変更する場合に、多くの部品交換や調整作業が必要であり、不便であった。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、複雑な演算処理を必要とせずに精度良くトルクを管理でき、トルクの規定値の変更も容易で、装置構成が簡素で低廉な、トルク制限装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のトルク制限装置は、トルクの入力及び出力の一方を伝達し、非円形のガイドを有する第一部材と、トルクの入力及び出力の他方を伝達し、該第一部材と相対回転する第二部材と、該第二部材に保持され該ガイドにより案内されて変位する係合部材と、該第一部材に保持されトルク変動により変位して、該係合部材と係脱する係合手段をもつ中間部材と、を備えることを特徴とする。なお、前記中間部材は、前記第一部材に相対回転可能に保持された中間部材本体と、該第一部材と該中間部材本体との間に介在し、前記係合部材によって変位される該中間部材本体に抗するばね手段と、からなることが好ましい。
【０００９】
第一部材と第二部材とは、一方からトルクが伝達入力されて、他方から出力されるように配設されている。したがって、装置構成上共通の回転軸心をもつことが好ましい。また、第一部材と第二部材とが同期して回転することによりトルクが伝達され、一方が静止した状態ではトルクは伝達されない。このトルク伝達モードの差異は、後述するように変位する係合部材と中間部材との係合関係によって実現されている。
【００１０】
第一部材は、回転軸心と直交する断面が非円形のガイドを有している。したがって、角度により、ガイドは回転軸心から異なる距離をもっている。一方、係合部材は第二部材に保持されている。第一部材と第二部材とが相対的に回転変位すると、係合部材もガイドと相対回転変位する。このとき、係合部材がガイドと当接するようにしておくと、係合部材はガイドに案内されて当接箇所の回転軸心からの距離が変化する、すなわち係合部材が変位する。いま、わかりやすい例として、係合部材の相対回転変位と距離変位とが比例するようにガイドが形成されているものとしておく。
【００１１】
中間部材は、第一部材に保持され、トルク変動により変位するように構成されている。例えば、中間部材を中間部材本体とばね手段とで構成し、トルクの大きさに応じてばね手段が変形して中間部材本体を変位させるように構成することができる。ばね手段を容易に交換できるようにしておけば、所望のトルク制限値に合わせて特性を選定、変更することができる。また、中間部材本体は係合部材と係脱する係合手段をもっている。この係合手段は、係合部材の変位が小さいときに係合し、変位が一定量を越えると係合が外れて離脱するように構成されている。
【００１２】
次に、上述のように構成された本発明のトルク制限装置の動作について説明する。まず、第一部材から第二部材にトルクが伝達される場合を考える。トルクが入力伝達されていないとき、第一部材及び第二部材は初期状態で静止し、ばね手段は初期の長さを保ち、中間部材本体の係合手段は係合部材と係合し、係合部材は初期状態を保っている。
【００１３】
ここで、第一部材に小さなトルクを加えると、第一部材はばね手段をわずかに変形させつつ中間部材本体を押圧する。このとき、ばね手段の変形に相当する分だけ、第一部材と第二部材との間に相対回転変位が生じる。したがって、係合部材とガイドとの間にも同じ相対回転変位を生じるが、係合部材の距離変位はわずかであり、中間部材本体との係合は保たれる。したがって、トルクは中間部材本体から係合部材を経由して第二部材まで伝達される。このとき、第二部材に機械的負荷が結合されていない場合は、第一部材から第二部材までのトルク制限装置全体が一体に回転する。
【００１４】
第二部材に機械的負荷が結合されている場合、トルク制限装置はばね手段がわずかに変形した状態で静止する。ここで、第一部材に加えるトルクを増加させてゆくと、ばね手段の変形量は増加し、第一部材と第二部材との間の相対回転変位も増加する。すると、係合部材の相対回転変位も増加して、距離変位も増加する。係合部材の距離変位が一定量以下で中間部材本体との係合が保たれているときに、加えられたトルクの大きさがが機械的負荷を越えれば、第二部材及び機械的負荷は回転する。
【００１５】
機械的負荷が過大なときには、係合部材の距離変位が一定量を超過するため、中間部材本体との係合が外れて離脱する。すると、中間部材本体は係合部材をすり抜けて空転する。この結果、第一部材と中間部材本体とは駆動源と共に空転し、係合部材と第二部材とは機械的負荷と共に静止して、トルクを伝達せずに制限したことになる。
【００１６】
第二部材から第一部材にトルクが伝達される場合は、伝達経路は逆方向となるが、動作は同様である。すなわち、第二部材に加えられた小さなトルクは、係合部材から中間部材本体を経由し、ばね手段をわずかに変形させて、第一部材に伝達される。トルクが増加すると、ばね手段の変形量、第一部材と第二部材との間の相対回転変位、係合部材の相対回転変位及び距離変位が、互いに関連して増加する。そして、係合部材の距離変位が一定量を超過したときに、係合部材と中間部材本体との係合が外れて離脱する。
【００１７】
結局、ばね手段の変形量がある一定量に達すると、係合部材の距離変位も一定量に達して中間部材との係合が外れて、トルクを伝達せず制限できることになる。したがって、トルクの制限値は、ばね手段の変形量により定まる一定値となり、精度良くトルクを管理できる。また、異なる特性のばね手段と交換することで、容易にトルクの制限値を変更できる。なお、ガイドの形状を変更した場合にも、係合部材の相対回転変位に対する距離変位の変化の度合いが変わるため、トルクの制限値の変更は可能である。
【００１８】
以下、本発明のトルク制限装置の各種態様について説明する。
【００１９】
前記第一部材は、トルクの入力及び出力の一方を伝達する第一軸と、非円形のガイドを有するガイド部材と、からなることでもよい。第一部材には、トルクを入力あるいは出力する軸の機能と、係合部材を案内するガイドの機能とが、必要である。この２つの機能を、第一軸とガイド部材とで、別々に実現するようにしてもよい。すなわち、製作の容易さを考慮した場合、２つの部材を機械加工などで別々に製作し、あとで溶接あるいは締め付けなどにより一体に成形するようにしてもよい。
【００２０】
前記ガイドは、楕円形あるいは長円形の内周でもよく、また外周でもよい。非円形のガイドの形状としては、楕円形あるいは長円形が好適である。例えば、楕円形の内周をガイドとし、中心側に第二部材及び係合部材を配設するようにしてもよい。すると、係合部材はガイドとの相対回転変位により案内されて、楕円の長径から短径まで長さが変わる、すなわち距離変位する。また、楕円形の外周をガイドとし、その外側に間隙を設けて円筒形状の第二部材を配置し、円筒内面からガイドに向けて係合部材を配設することもできる。この態様では、ガイドに案内される係合部材の長さは間隙の幅に一致して変化し、距離変位する。
【００２１】
前記第二部材は、前記第一部材と相対回転可能に相互に軸支持しあう第二軸であってもよい。第二部材は、トルクを出力あるいは入力する第二軸に相当するものである。したがって、前記第一軸と第二軸のいずれか一方に軸受け部を設け、他方を軸支持するようにしてもよい。
【００２２】
前記係合部材は、一端が前記第二部材に保持され、他端が前記ガイドに当接する案内用ばね部材であってもよい。また、前記案内用ばね部材は、前記ガイドとの当接箇所に摺動を円滑化する円滑手段を備えてもよい。上述の楕円形の内周をガイドとする態様を例にとると、係合部材の一端が中心側の第二部材に保持され、他端が楕円のガイドの長径位置から短径位置まで案内されて長さが変わる。この係合部材に、コイルばねを案内用ばね部材として、圧縮状態で使用することができる。案内用ばね部材の一端を第二部材で保持し、他端をガイドに当接するように配設すれば、相対回転変位により自動的に伸縮して距離変位するため好適である。
【００２３】
このとき、案内用ばね部材がガイドと当接する箇所は、摺動しながら相対回転するため、摩擦が生じる。この摺動摩擦抵抗が大きいと、制限すべきトルク値のばらつきが大きくなり、動作が不安定となり、さらに装置寿命にも影響する。この対策として、係合部材の当接箇所に例えばローラーなどを設けることにより、相対回転を円滑化でき、好ましい。当接箇所のエッジに丸みを設け、あるいは潤滑材を塗布することでも、動作安定化の効果は大きい。
【００２４】
前記係合手段は、前記係合部材と係合及び離脱するカムであってもよい。中間部材がもつ係合手段の好適な一例として、カムがある。上述の楕円形の内周をガイドとして伸縮変位する案内用ばね部材の例に対し、係合手段にはリングの内側に係合用突起をもち回転軸心を中心として回転するカムを用いることができる。この構成によれば、案内用ばね部材が一定長を越えているときには、カムの係合用突起に当接して係合する。案内用ばね部材が距離変位して一定長以下になると、カムの係合用突起の内側を通過するようになる。
【００２５】
上述の本発明のトルク制限装置の態様は一例にすぎず、他にも様々な態様をとることができる。
【００２６】
本発明のトルク制限装置は、前記第一部材と前記第二部材のうち一方が駆動源に連結され、他方が締め付け部材に連結されて、締め付け工具を構成する用途に適用できる。また、前記第一部材と前記第二部材のうち一方が駆動源に連結され、他方が負荷装置に連結されて、過大なトルクの伝達を防止する安全装置を構成する用途にも適用できる。本発明は、従来の締め付け工具やトルクリミッタに適用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のトルク制限装置は、トルクの入力及び出力を伝達する第一部材及び第二部材と、第二部材に保持される係合部材と、該第一部材に保持される中間部材と、を備え、係合部材と中間部材が係脱することにより、トルクを伝達及び遮断している。そして、トルクの制限値は中間部材の変位、好ましい態様ではばね手段の変位により決まるため、精度良くトルクを管理することができる。また、機械部品のみを組み合わせた簡素な構成であり、複雑な演算処理を必要とせず、低廉である。さらに、トルクの規定値の変更は、ばね手段を交換するだけで容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図４を参考にして詳細に説明する。図１は本発明の実施例のトルク制限装置を示す説明図であり、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は垂直断面図のＡ−Ａ面を上方から見た水平断面図である。実施例のトルク制限装置は、入力軸１０と、ハウジング２０と、出力軸３０と、可動子４０及び中心ばね４１と、回転子５０と、回転子ばね６０と、で構成されている。なお、図１（ｂ）に示すように右回転がトルクの伝達方向である。
【００２９】
入力軸１０は、第一軸に相当し、電動機などの駆動源に連結されて、トルクを伝達入力するものである。ハウジング２０は筐体であるとともにガイド部材の機能を有し、内側に長円形のガイド２１を備えている。また、ハウジング２０は、入力軸１０と結合されて一体に回転するように構成されている。さらに、ハウジング２０は、内面に軸受部材２２及び２３を備え、出力軸３０を共通軸心で回転可能に軸支持している。ハウジング２０は、複数の円筒状の部材を適宜組み合わせて結合することにより、形成されている。
【００３０】
出力軸３０は、第二軸に相当し、締め付け部材や負荷装置に連結されて、トルクを出力するものである。出力軸３０は、前述のように軸受け部材２２及び２３により軸支持されて、入力軸１０及びハウジング２０と相対回転するように構成されている。また、出力軸３０のガイド２１と対向する箇所の径は拡げられ、軸と交わる方向に貫通孔が設けられている。
【００３１】
可動子４０及び中心ばね４１は、組み合わせて用いられ、係合部材を構成している。中心ばね４１にはコイルばねが用いられ、出力軸の貫通孔の内部中央に配設され、貫通孔の軸方向に伸縮するようになっている。可動子４０は、中心ばね４１の両側にそれぞれ、計２個設けられ、中心ばね４１により付勢されて、貫通孔の両側にそれぞれ突出するように配設されている。可動子４０の突出した一端部はガイド２１と当接している。そして、出力軸３０とガイド２１とが相対回転変位すると、可動子４０はガイド２１に案内されて、貫通孔の軸方向に距離変位するようになっている。なお、可動子４０がガイド２１と当接する一端部は面取りされ丸みをつけられており、円滑に摺動して案内されるようになっている。
【００３２】
回転子５０は、中間部材本体に相当し、ハウジング２０の内側の円形空間内に回転可能に保持されている。回転子５０は、円筒状の部材を基に形成されており、円筒外面にハウジング２０と係合するための外突起部５１と、円筒内面に可動子４０と係脱するための内突起部５２と、が２個ずつ設けられている。２個の内突起部５２は、可動子４０が一定寸法以上突出しているときその側方に当接して係合し、一定寸法以下では離脱するようになっている。すなわち、内突起部５２は、相対回転変位により可動子４０と係合及び離脱するカムとなっている。
【００３３】
回転子ばね６０は、ばね手段に相当し、ハウジング２０と回転子５０の２個の外突起部５１との間にそれぞれ、計２個配設されている。そして、ハウジング２０にトルクが加わると、ハウジング２０は回転子ばね６０を押圧し、回転子ばね６０が回転子５０を付勢するように構成されている。
【００３４】
上述の説明では、可動子４０と、内突起部５２と、回転子ばね６０は、各２個としたが、これに限定されるものではなく、各１個でも、さら多数でも構わない。ただし、ガイド２１の形状は当接する可動子４０の数量に合わせて凹凸を設け、全ての可動子４０が一緒に係脱動作するように構成することが好ましい。また、回転子ばね６０は圧縮方向で用いているが、伸張方向で用いることもできる。
【００３５】
次に、実施例のトルク制限装置の動作について説明する。図１は、トルクが入力されていない初期状態を示している。すなわち、入力軸１０及び出力軸３０をはじめとしてトルク制限装置全体が静止した状態である。可動子４０は、中心ばね４１に付勢され、長円形のガイド２１と長径上の位置で当接している。回転子ばね６０は伸張しており、ハウジング２０から回転子５０にトルクは伝達されず、回転子５０の内突起部５２は可動子４０に接触している。
【００３６】
ここで、入力軸１０に右回転方向の小さなトルクが入力されると、入力軸１０及びハウジング２０は一体で右回転し、回転子ばね６０を押圧する。回転子ばね６０は、回転子５０を付勢し、回転子５０は可動子４０を押圧する。したがって、出力軸３０に機械的負荷が結合されていないときには、可動子４０及び出力軸３０は回転する。すなわち、無負荷状態でトルクが入力されたときには、トルク制限装置は全体が回転する。
【００３７】
出力軸３０に機械的負荷が結合されているとき、出力軸３０及び可動子４０は小さなトルクでは回転し得ず、静止状態を保っている。このため、入力軸１０及びハウジング２０及び回転子５０と、出力軸２０及び可動子４０と、の間にわずかな相対回転変位が生じる。そして、ガイド２１と可動子４０との間もわずかに相対回転変位する。ただし、長径上の位置からの回転変位はわずかであり、距離変位である可動子４０の突出寸法及び中心ばね４１の長さは殆ど変わらない。結局、回転子５０と可動子４０とが当接し係合した状態で静止する。
【００３８】
ここで、入力するトルクを大きくしてゆくと、回転子ばね６０の圧縮量が増加して強い力で回転子５０を付勢し、回転子５０は強い力で可動子４０を押圧する。これにより、入力されて伝達されるトルクが増加し、機械的負荷よりも大きくなると、出力軸３０が回転するようになる。
【００３９】
一方、入力トルクの増加に対応して、ガイド２１と可動子４０との間の相対回転変位が増加し、可動子４０はガイド２１の長径上から、短径の方向への回転変位も増加する。この回転変位に伴い、可動子４０の突出寸法はガイド２１に案内されて徐々に減少してゆく。そして、機械的負荷が過大なときには、出力軸３０が回転し始めるまえに可動子４０の突出寸法が一定値以下になる。すると、図２のトルク制限状態の説明図に示されるように、可動子４０は内突起部５２の内側をすりぬけて、離脱してしまう。この結果、入力軸１０は回転するが、出力軸３０は静止した状態となり、トルクを制限できたことになる。
【００４０】
可動子４０の突出寸法を一定値以下にするためには、回転子ばね６０を圧縮する力と、可動子４０を押し込んで中心ばね４１を圧縮する力と、の和に相当するトルクを入力することが必要である。したがって、実施例のトルク制限装置では、回転子ばね６０と中心ばね４１のどちらを交換しても、トルクの制限値を変更することができる。
【００４１】
図３及び図４は、トルクの伝達経路を第二軸８０から第一軸９０へと逆にした第二の実施例の説明図である。図３は、第二軸８０の貫通孔に配設した可動子４０から、ハウジング２０に回転可能に設けられた回転子５０を経由して、第一軸９０にトルクを伝達する構成を示している。図４は、図３の構成において、過大なトルクを制限している状態を示している。第二の実施例における構成、動作、効果は、トルクの伝達方向を除いて第一の実施例とほぼ同様であり、詳細な説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のトルク制限装置は、ボルトなどの締結部材を締め付ける締め付け工具や過大なトルクの伝達を防止する安全装置など、伝達されるトルクを一定値以下に制限する用途に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例のトルク制限装置を示す説明図であり、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）はＡ−Ａ面の水平断面図である。
【図２】図１の実施例においてトルクを制限している状態を示す説明図である。
【図３】本発明の第二実施例のトルク制限装置を示す説明図である。
【図４】図３の第二実施例においてトルクを制限している状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０：入力軸
２０：ハウジング      ２１：ガイド      ２２、２３：軸受部材
３０：出力軸
４０：可動子      ４１：中心ばね
５０：回転子      ５１：外突起部      ５２：内突起部
６０：回転子ばね
８０：第二軸
９０：第一軸
【図１】
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【図２】
2006194276.tif 000004
【図３】
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【図４】
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