(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、前記ケーシングの一端に挿入され前記ケーシングに対して相対回転可能とされた入力部ユニットと、前記入力部ユニットに固定されたカム部材と、前記ケーシングに固定されたトルク伝達部材、油圧室及びキャリパー部を備える油圧ユニットと、前記ケーシングの他端に挿入され、前記ケーシングに対して相対回転可能とされた出力部ユニットと、前記出力部ユニットに固定されたディスクを有し、入力部材から前記入力部ユニットに回転力が伝達されることにより、前記入力部ユニットに固定された前記カム部材が前記ケーシングに固定された前記油圧ユニットにおける前記トルク伝達部材に対して相対回転し、前記トルク伝達部材が前記カム部材から前記カム部材の凹凸に対応した変位量を受け取り、前記トルク伝達部材の変位量に比例して変化する前記圧力室の油圧により前記キャリパー部を駆動することで、前記入力部材からのトルクが前記入力部ユニットに伝わり、前記入力部ユニットに固定された前記カム部材から前記ケーシングに固定された前記油圧ユニットに伝わり、前記油圧ユニットの前記キャリパー部から前記出力部ユニットに固定された前記ディスクに伝わり、出力部ユニットへと伝わり、入力部ユニット、ケーシング及び出力部ユニットが一体回転するように構成した油圧駆動装置であって、前記カム部材の凹凸の形状により前記キャリパー部で駆動する機能やトルク範囲を調整できることと、入力部材からのトルク量に比例して前記ピストンは変位し、前記ピストンが最大変位のときに前記キャリパー部の締め付けトルクが最大となり、更に過剰なトルクが加わると油圧を開放することを特徴とする油圧駆動装置。
【請求項２】
前記カム部材と、前記カム部材に対し前記油圧ユニットと対称な位置に支持部材を配置し、これらカム部材、油圧ユニット、支持部材を導電体、また前記カム部材の一部を非導電体のマーカーとし、前記油圧ユニットと前記支持部材間を電気的スイッチとして検知回路に組み込むことで、設定したトルク値の範囲内か否かの識別と主要構成部品の破損および損傷による異常を検出することと、前記マーカーのパターンによりトルクが加わっている方向を検出することを特徴とする請求項１記載の油圧駆動装置。
【請求項３】
使用する用途や機能に対し、前記トルク伝達部と前記キャリパー部の形状および数量の変更と、前記トルク伝達部と前記キャリパー部を切り離し油圧パイプで繋ぐ場合であっても、機能に左右しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の油圧駆動装置。
【請求項４】
前記カム部材の変位を増幅させることと、前記カム部材の変位が最大となるときのトルク調整を行うトルク調整器を備え、前記トルク調整器により外部から圧力室内を加圧するポンプを必要としないことと、圧力室内の空気抜きと油圧の復旧を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の油圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は回転体や線形的な移動体のトルクリミッタ、制動装置、または位置検知装置の油圧駆動装置に関し、詳しくは、ピストンがカム部材からトルク量に対応した変位量を受け取り、この変位量に比例して発生する油圧ユニット内の油圧を通してキャリパー部を制御し、トルクの伝達と遮断を確実に行うフェールセーフなトルクリミッタ機能、さらに、構造の一部を信頼性の高い検知回路に組み込むことで位置検知と故障検知を特徴とする油圧駆動装置に関する。
【技術背景】
【０００２】  従来、トルクリミッタの駆動装置では、クラッチ板を油圧で押し付けトルクを伝達し、緊急時には油を排出しクラッチ板を切り離してトルクを遮断するもの（例えば、特許文献１参照。）や、クラッチ板などをスプリングや油圧で押し付け、設定した以上のトルクが加わり摩擦抵抗を上回ることでクラッチ板などを滑らせてトルクを遮断する２種類が挙げられる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】  また、制動装置や位置検知装置の駆動装置では、制御システムに組み込む場合、電磁弁や検知センサなどの電気的な部品を組み込み複雑な油圧回路や電気回路が必要であった。【特許文献１】特許公開２００２−５５０３２号  公報
【特許文献２】特許公開２０００−１４５８０１  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記の従来の技術では、クラッチ板などの摩擦を使ったトルクリミッタは、トルクを遮断する値が摩擦面の状態に影響され、部品の劣化に伴い遮断トルクが変化しやすいため、ときどきクラッチ板などを押し付けるトルクの調整などの保守メンテナンスが必要である。【０００５】  また、油を排出しトルクを遮断するトルクリミッタは、再度油を注入する必要があり、復旧までの時間と費用がかかった。【０００６】  さらに、制動装置や位置検知装置では、制御システムに組み込む場合、機能や各部位の信頼性を向上させるために多くの部品と複雑な仕組みが必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  このような課題を解決するために発明された第１乃至第５の解決手段について、その構造および作用効果を以下に説明する。【０００８】  ［第１の解決手段］第１の解決手段の油圧駆動装置は、請求項１に記載の如く、以下のようなカム部材と油圧ユニットとを備えたものである。  すなわち、前記カム部材は、トルクを伝えるもの例えば入力部シャフトに固定され、入力部シャフトのトルクが増減することでカム部材も一緒に回転し、カム部材凹凸の形状によりトルク量に対応した変位量を油圧ユニットに伝えるように設置される。  前記油圧ユニットは、トルク伝達部とキャリパー部を密閉した一つの圧力室で結んだ構造であり、カム部材の凹凸に対応した変位量をトルク伝達部で受け取り、変位量に比例して圧力室内の油圧を変化し、直接キャリパー部を制御することにある。【０００９】  また、カム部材の凹凸の形状を変えることで、トルクリミッタや制動装置の用途に合った機能にできることと、正方向と逆方向のカム部材の凹凸の形状を変えて正逆方向で設定するトルク値や変位量を設定できる、というものである。【００１０】  ［第２の解決手段］第２の解決手段の油圧駆動装置は、請求項２に記載の如く、上記の第１の解決手段の油圧駆動装置であって、前記カム部材の遮断トルク以上の部分を非導電体のマーカーにし、前記油圧ユニットと前記支持部材とを電気的な検知回路に組み込むことで、トルクの変化により前記カム部材がずれることでスイッチとし、遮断トルクの検知と、常に装置の故障検知を行う、というものである。【００１１】  また、カム部材のマーカーの配置方法、パターン形状、支持部材の構造により、カム部材の変位方向も識別できる、というものである。【００１２】
【００１３】  ［第３の解決手段］第３の解決手段の油圧駆動装置は、請求項３に記載の如く、上記の第１の解決手段の油圧駆動装置であって、前記油圧ユニットのトルク伝達部とキャリパー部の形状と数量の変更、または前記トルク伝達部と前記キャリパー部を分離し油圧パイプで圧力室を繋ぎ、これらの変更に伴い形状を変更したカム部材を用いた場合でも、トルクの変化に対応した機能と特性は維持できるようになっている、というものである。【００１４】  ［第４の解決手段］第４の解決手段の油圧駆動装置は、請求項４に記載の如く、上記の第１又は第３の解決手段の油圧駆動方式であって、油圧ユニットの圧力室にトルク調整器を備え、トルク伝達部のトルク伝達ピストンのストロークを大きくし、前記カム部材の変位を増幅してトルク調整の精度を向上することが可能となる。尚、トルク調整器は、トルク調整ネジとトルク調整バネとトルク調整ピストンとを備えたもので、カム部材の変位が最大となるときのトルク値を、トルク調整ネジを回しトルク調整バネを伸縮させて調節することができる、というものである。【００１５】  また、油圧ユニットに最初に油を注入したときに、トルク調整ネジで圧力室内を少し加圧し、油注入口の栓を緩めることで簡単に内部の空気を排除することができる、というものである。
【発明の効果】
【００１６】  以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段の油圧駆動装置にあっては、伝わるトルク量をカム部材の変位として油圧ユニットに渡すため、トルク伝達部により油圧が直接圧力室内に作用しキャリパー部を制御できることとなり、この結果、正逆方向で伝えるトルク量やキャリパー部を締め付け専用にするかトルクリミッタのように開放可能なものにするか、カム部材の形状で自由に設計することができたという有利な効果が有る。【００１７】  また、トルクリミッタとして用いる場合は、構成部品が破損した場合でも確実にキャリパー部は開放する構造となっているため、装置の損傷により外部に接続された装置を損傷させる危険性がないため、フェールセーフにできたという有利な効果が有る。【００１８】  本発明の第２の解決手段の油圧駆動装置にあっては、構成する油圧ユニットとカム部材と支持部材とを単純なスイッチとして検知回路に組み込めることとなり、この結果、フェールセーフな検知回路が容易にでき、外部への警告や信頼性の高い制御出力ができたという有利な効果が有る。【００１９】
【００２０】  本発明の第３の解決手段の油圧駆動装置にあっては、トルクリミッタまたは制動装置として用いる場所や用途によりトルク伝達部の大きさや数、キャリパー部の形状、または分離して油圧パイプで圧力室を繋ぐなど、構成の変更を自由に行っても機能や特性に影響がなく、大小さまざまな装置に組み込むことができたという有利な効果が有る。【００２１】  本発明の第４の解決手段の油圧駆動装置にあっては、トルク調整器によりカム部材の変位を増幅させることが可能となり、カム部材の凹凸の変位量を増幅させることや外部にポンプなどを必要としなくても簡単にキャリパー部に加えるトルク調整が行えることと、初期の時点での空気抜きやトルクが遮断されたときの復旧を容易にできたという有利な効果が有る。【００２２】  更に、この駆動装置は、ロケットや医療機器、航空機および鉄道分野におけるフェールセーフを必要とするところで、駆動装置や位置検知装置、非常停止装置などに広く応用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  本発明の油圧駆動装置を用いたトルクリミッタの一実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。【００２４】  図１は本発明の油圧駆動装置を用いたトルクリミッタのブロック分解図であり、ケーシング部１、支持部材３、出力部ユニット６、入力部ユニット１２、油圧ユニット１９の５つのブロックに分解される。支持部材３は、ケーシング部１側に非導電体２を付加しており、支持部材３とケーシング部１との間で電気的に絶縁させる。出力部ユニット６は、出力側シャフト７とディスク８を一体にしたものである。入力部ユニット１２は、入力側シャフト１３、カム部材１４、固定金具１６、カップリングシャフト１７を一体にしたものである。カム部材１４には、カム部材１４の変位状態を示すマーカー１５が付いている。油圧ユニット１９は、キャリパー部２４、トルク伝達部２９、油注入口３２で構成し、圧力室３１で一つに繋がっている。【００２５】  図２の（ａ）はトルクリミッタの部分断面図であり、入力部ユニット１２はカップリングシャフト１７の軸受けとなる出力部ユニット６が自由に回転できるように結合し、この状態でケーシング部１の図面上向かって上下部分を出力側シャフト７と入力側シャフト１３の軸受けとなるように組み込む。また油圧ユニット１９はキャリパー部２４のパッド２６でディスク８を挟むようにし、支持部材３はカム部材１４に対し油圧ユニット１９のトルク伝達部２９と対称な位置でケーシング部１に固定する。【００２６】  図２の（ｂ）は図２の（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、油圧ユニット１９のトルク伝達ピストン３０、カム部材１４、マーカー１５、支持部材３、非導電体２、ケーシング部１の配置状態を示す。このようにトルク伝達ピストン３０がカム部材１４の中心に位置したとき油注入口３２より油を注入し、注入後に栓３３で油注入口３２を塞ぎ圧力室３１を密閉する。【００２７】  トルク調整部の入力部ユニット１２を少し回転させてカム部材１４をずらし圧力室３１内を加圧し栓３３を少し緩めることで内部に残った空気を排出し、再度不足分の油を油注入口３２より追加し、再び栓３３で油注入口３２を塞ぎ圧力室３１を密閉する。【００２８】  図３の（ａ）はトルクリミッタにおける機能ごとの構成図であり、油圧ユニット１９と支持部材３を検知回路３７に組み込んでいる。ここでは、油圧ユニット１９よりキャリパー部２４を分離し、トルク伝達部２９との関連性を説明する。入力部ユニット１２にトルクが加わることでカム部材１４はトルクの変化分回転し、トルク伝達ピストン３０を圧力室３１の内側に押すため容積が減少し、この部分の油が油圧パイプ３９を通りキャリパー部２４へ移動する。これにより、キャリパーピストン２５（図２参照）は、さらにパッド２６（図２参照）をディスク８に押し付けるため、入力部材からのトルクは入力部ユニット１２へ伝わり、入力部ユニット１２に固定されたカム部材１５からケーシング１に固定された支持部材３と油圧ユニット１９に伝わり、油圧ユニット１９のパッド２６により出力側シャフト７に固定されたディスク８に伝わり、出力部ユニット６（図２参照）へとシーケンス的にトルクが伝達される。【００２９】  徐々に入力部ユニッ���１２に加えるトルクを増やし、遮断トルクに達したときカム部材１４は頂点に位置しパッド２６が最大に圧縮されディスク８を最も強く締め付け、さらに遮断トルクを上回ると、図３の（ｂ）に示すようにトルク伝達ピストン３０がカム部材１４の頂点を越え圧力室３１の外側に移動し、キャリパー部２４からトルク伝達ピストン３０側へ油が移動してくる。このため、キャリパーピストン２５（図２参照）がパッド２６を押す力が弱まりディスク８が空転し、出力部ユニット６へのトルクを遮断する。【００３０】  尚、実施例では入力部ユニット１２側からトルクが加わり出力部ユニット６側から外部へトルクを伝達しているが、出力部ユニット６側からトルクを加え入力部ユニット１２側から外部へトルクを伝達する場合でも同様の効果となる。【００３１】  また、図３の（ａ）と（ｂ）において、油圧ユニット１９と支持部材３を電気的な検知回路３７に組み込むことで、トルクの変化によりカム部材１４が変位しマーカー１５の位置がずれるため、電気的なＯＮ／ＯＦＦスイッチとなり、図３の（ａ）に示すように遮断トルク以下の範囲と、図３の（ｂ）に示すように遮断トルク以上のトルクが加わっているのか検知回路３７で認識する。【００３２】  さらに検知回路３７をノーマルクローズドな回路構成にすることで、各部の破損や損傷状態を電気的なＯＮ／ＯＦＦから認識するフェールセーフ回路とする。【００３３】  復旧するには、ケーシング部１を固定し入力部ユニット１２に逆向きにトルクを加えることで、トルク伝達ピストン３０をカム部材１４の凹凸の中心に戻す。【００３４】  尚、頻繁に遮断トルクを上回るトルクが加わる場合は、図４の（ａ）に示すトルク調整器２０を圧力室３１に追加する。また、このトルク調整器２０は、初期の油注入後にトルク調整ネジ２１でトルク調整ピストン２３を圧力室３１の内側に移動させることで圧力室３１内部に残った空気を排出することに使えるため、初期のセッティングが簡単になる。さらに、このトルク調整器２０は、トルク調整スプリング２２の伸縮をトルク調整ネジ２１で調整することでカム部材１４の頂点における遮断トルク値を調整できることと、カム部材１４の変位量を増幅し、きめ細かくキャリパー部２４を制御可能とする。【００３５】  また、図４の（ｂ）に示すように油注入口分離バルブ３５を圧力室３１に追加することで、初期の油注入時に外部のポンプなどで加圧させることができる。【００３６】  また、図４の（ｃ）に示すように圧力センサ３６を圧力室３１に追加することでトルクの変化量を油圧として取り出し、図５に示すようにトルク制御／表示装置３８でトルク値としてモニタすることと、外部の制御装置に制御情報を出力することができる。【００３７】  また、図６の（ａ）および（ｂ）に示すようにマーカー１５をパターン１５ａ、１５ｂとし、支持部材３を絶縁部材４２で２つの接点３ａ、３ｂとすることで、支持部材の接点３ａ、３ｂがカム部材１４の電極１４ａ、１４ｂに接する状態により、トルクが加わってカム部材１４が変位した方向を検知回路３７で認識できる。【００３８】  また、図７の（ａ）に示すようにキャリパー部２４、カム部材１４、トルク伝達部２９、支持部材３の形状を変えるこ���も可能であり、左右のバランスが取れることから高速回転をする用途に適している。この場合のカム部材１４の形状の一例を図７の（ｂ）に示す。【００３９】
【００４０】
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の油圧駆動装置を用いたトルクリミッタの一実施例について、そのブロック分解図である。
【図２】本発明によるトルクリミッタの実施形態を示し、（ａ）が部分断面図、（ｂ）が（ａ）図におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】同トルクリミッタにおける機能別構成図を示し、（ａ）がトルク限界範囲内の構成図、（ｂ）がトルク限界範囲を超えたときのトルク検知部の状況を示す図である。
【図４】本発明による油圧ユニットの実施形態を示し、（ａ）がトルク調整器を追加した部分断面図、（ｂ）が圧力室に加圧油が注入できるように、油注入口分離バルブを追加した部分断面図、（ｃ）が圧力室内の圧力を常時モニタするため、圧力センサを追加した部分断面図である。
【図５】同油圧ユニットに圧力センサを追加したトルクリミッタにおけるトルク限界範囲内の機能別構成図を示す。
【図６】本発明によるトルクリミッタにおけるカム部材のマーカーに正逆方向を識別するパターンを用いた構造を示し、（ａ）が図２の（ａ）と同じＡ−Ａ線の位置の断面図、（ｂ）が同図（ａ）におけるカム部材のＢ−Ｂ線断面と支持部材のＣ−Ｃ線断面を示した図である。
【図７】キャリパー部、トルク伝達部、支持部材、カム部材の形状と数量を変えたトルクリミッタについて、（ａ）が部分断面図、（ｂ）がカム部材の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００４３】    １  ケーシング部    ２  非導電体    ３  支持部材  ３ａ  接点  ３ｂ  接点    ４  ボールベアリング    ６  出力部ユニット    ７  出力側シャフト    ８  ディスク  １２  入力部ユニット  １３  入力側シャフト  １４  カム部材１４ａ  電極１４ｂ  電極  １５  マーカー１５ａ  パターン１５ｂ  パターン  １６  固定金具  １７  カップリングシャフト  １９  油圧ユニット  ２０  トルク調整器  ２１  トルク調整ネジ  ２２  トルク調整スプリング  ２３  トルク調整ピストン  ２４  キャリパー部  ２５  キャリパーピストン  ２６  パッド  ２７  セットスプリング  ２８  栓２  ２９  トルク伝達部  ３０  トルク伝達ピストン  ３１  圧力室  ３２  油注入口  ３３  栓１  ３４  給油口  ３５  油注入口分離バルブ  ３６  圧力センサ  ３７  検知回路  ３８  トルク制御／表示装置  ３９  油圧パイプ  ４２  絶縁部材
【図１】
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【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】
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