JPH06323393A - 過負荷保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動側から被動側への伝達トルクの変動時に
過負荷保護装置内に生じるバックフラッシが極めて小さ
く、過負荷時には伝達トルクを制限値以下に抑えるよう
な過負荷保護装置を得る。 【構成】 第二のシャフト２とプレート９とを板バネ１
２に対してリジットに接合し、プレート９に貼付されて
プレート９と第二のトルク伝達車６との間に挟まれた摩
擦板１０を加圧するバネ１１を設ける。 【効果】 過負荷時にトルクの伝達を動摩擦で行って伝
達トルクを規定値以下に抑え、通常のトルク伝達時にプ
レートと第二のシャフト間のトルク伝達を板バネで行う
ことによってバックラッシを微小量にでき、駆動系の捻
れ剛性の低下によるサーボ系の共振周波数の低下を抑え
て安定なサーボ系を構築できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、歯車装置等のトルク
伝達機構による駆動系を有し、制限角の範囲内で機械的
に指向されるレーダアンテナ装置等のサーボ機構におい
て、駆動モータの制御が不能になり歯車等の駆動系の内
部要素が損傷を被ることから保護するための過負荷保護
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えば歯車装置で駆動されるサ
ーボ機構を有するレーダアンテナ装置を示す概念図であ
る。図において、１は第一のシャフト、１４は第一の軸
受、１５は第二の軸受、１７は過負荷保護装置部、２０
は負荷軸歯車、２１はモータ軸歯車、２２は第一の歯
車、２３は第二の歯車、２５は負荷、２６はモータ、２
７はダンパ、２８はストッパ、２９は歯車箱、３０は第
三の軸受を示す。

【０００３】負荷２５は例えばレーダアンテナ装置のア
ンテナ部分等の角度制御対象物、モータ２６は例えばレ
ーダアンテナ装置の駆動系のパワ源で歯車箱２９に固定
されるもので、第一のシャフト１は図３の（ｂ）の直線
リを軸とする過負荷保護装置部１７の回転軸を成すも
の、２０の負荷軸歯車は負荷２５の回転軸に固定されて
第一の歯車２２からトルクを伝達される被動車、第一の
歯車２２は第一のシャフト１に固定されて負荷軸歯車２
０を駆動するもの、第二の歯車２３は過負荷保護装置部
１７と第一のシャフト１を通じて第一の歯車２２にトル
クを伝達するものである。第一の軸受１４と第二の軸受
１５は第一のシャフト１を支持するもので、モータ軸歯
車２１はモータ２６の回転軸上にあって第二の歯車２３
にトルクを伝達する過負荷保護装置の駆動車。歯車箱２
９は負荷軸歯車２０と第一のシャフト１を軸受１４、軸
受１５、軸受３０を通じて支持するもので箱の内部にモ
ータ２６、モータ軸歯車２１、負荷軸歯車２０、第一の
歯車２２、第二の歯車２３が内含されているもの。スト
ッパ２８は負荷２５に固定されるもの、ダンパ２７は歯
車箱２９に固定されておりアンテナの視軸方向を示すロ
の方向がハ、ニの方向にホの角度範囲で可動するように
ストッパ２８の可動範囲を制限することによって負荷２
０の回転角を制限するものである。

【０００４】図２の（ａ）は従来の過負荷保護装置部１
７の構成を示す図で、図２の（ｂ）は（ａ）の一部分を
示す詳細図である。３はキー、４は止め輪、９はプレー
ト、１０は摩擦板、１１はバネ、１３はロックナット、
１６は第三の軸受、１８はプレート、１９はキー、２４
はスプラインを示す。

【０００５】図において、スプライン２４は第一のシャ
フト１と同軸上にあって第一のシャフト１に対する回転
がキー３によって支持され、第一のシャフト１に対する
スラスト方向が止め輪４によって支持されたもの。第二
の歯車２３は第一のシャフト１に対するラジアル方向が
軸受１４と軸受１６によって支持されスラスト方向と図
２の（ａ）のイの倒れ込み方向が軸受１４、軸受１５、
軸受１６によって支持されたもの。プレート１８はキー
溝が彫ってありスプライン２４のキー１９を介してスプ
ライン２４へ回転トルクを伝達するもの、摩擦板１０は
プレート１８に貼付され第二の歯車２３に接触しており
第二の歯車２３との間の摩擦トルクによって第二の歯車
２３からプレート１８へトルクを伝達するものである。
バネ１１はプレート１８を板厚方向に加圧して第二の歯
車２３との間の摩擦トルクを調整するもの、ロックナッ
ト１３はスプライン２４にネジで締結されネジの移動量
によってバネ１１の加圧力を調整するものである。

【０００６】図４は従来の過負荷保護装置を備えた駆動
系を線形なバネマス系で近似した数学モデルで、３１は
駆動系の剛性を模式した線形バネ、θは駆動トルクによ
って駆動系に生じる捻れ角変位、Ｉは駆動系の負荷イナ
ーシャ、Ｍは駆動モータ、Ｔはモータの駆動トルク、Ｋ
は駆動系の捻れ剛性を示す。図５は線形なバネマス系の
捻れ角変位θと駆動トルクＴの特性を示すグラフであ
る。

【０００７】従来の過負荷保護装置は上記のように構成
され、例えば図３の（ａ）の負荷２５が図のホの制限角
度の範囲内で可動するときに、通常は負荷２５のストッ
パ２８がダンパ２７に衝突しないような角度の範囲でレ
ーダアンテナ装置のサーボ系によって制御され、過負荷
保護装置部１７はモータ軸歯車２１から負荷軸歯車２０
にトルクを伝達する。サーボ系の損傷ならびに不測の外
乱によってモータの制御が不能になった場合、例えばス
トッパ２８がダンパ２７に衝突することによって負荷軸
歯車２０および歯車箱２９内の各歯車に過大な衝撃作用
による過負荷が働き、この過負荷から歯車箱２９内の各
歯車を保護するために、過負荷保護装置部１７がモータ
２６から負荷２５への伝達トルクを歯車が損失しない程
度の最大のトルク値に制限する。図３の（ａ）の過負荷
保護装置部１７は例えば図２において、サーボ系の通常
の運転時はモータ軸歯車２１から第二の歯車２３に伝達
されるトルクを摩擦板１０の静止摩擦トルクを通じてプ
レート１８に伝達し、プレート１８はキー１９を通じて
スプライン２４にトルクを伝達する。また、過負荷時に
おいては歯車２３から歯車２０に伝達されるトルクが摩
擦板１０と歯車２３との間に生ずる最大静止摩擦トルク
よりも大きくなるとき、歯車２３と摩擦板１０との間に
滑りが生じて歯車２３から摩擦板１０へのトルク伝達が
動摩擦によって行われ、負荷軸歯車２０への伝達トルク
がある規定値以下に制限される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の過
負荷保護装置では、図２の（ａ）のロックナット１３の
締め付け量を調整して摩擦板１０の摩擦トルクを調整す
るために、スプライン２４に対してプレート１８の第一
のシャフト１のスラスト方向の拘束を自由にするため、
プレート１８のキー溝とスプライン２４のキー１９との
はめ合いに図２の（ｂ）に示すようなスキマδを持たせ
るため、モータの反転時、モータの起動時やモータの減
速時等のトルクの急峻な変動時にスプライン２４とプレ
ート１８との間に相対的な角度差が生じて、その角度差
が最大となるときに式１に示すβで与えられるようなバ
ックラッシが発生し、過負荷保護装置内においてトルク
の伝達に遅れが生じる。

【０００９】

【数１】

【００１０】例えば図５において横軸は図４に示すバネ
マス系の線形バネ３１の捻れ角、縦軸は駆動トルクを示
し、Ｋは線形バネ３１の真の剛性、Ｋ′はバックラッシ
ュβが存在するときの図４のバネマス系の等価剛性を示
すものである。式２，式３に示すような、バックラッシ
のないときのバネマス系のエネルギーＳ１とバックラッ
シがあるときのバネマス系のエネルギーＳ２が等しいと
考えて、等価剛性を式２，３，４から求めた場合に、式
５，式６よりバックラッシβが増えると等価剛性Ｋ′が
低下することになる。

【００１１】

【数２】

【００１２】また、例えば式８より線形なバネマス系の
剛性が低下すると系の共振周波数が低下することにな
る。

【００１３】

【数３】

【００１４】このため、過負荷の生じない通常のトルク
伝達時において、駆動系の捻れ剛性が低下してサーボ系
の共振周波数が下がる。その結果サーボ系の共振を避け
てかつ系の応答性を良くするために制御周波数の帯域を
下げることが必要になるが、この場合に、逆に制御系の
安定性が悪くなるという致命的な問題点があった。

【００１５】この発明はかかる問題を解決するためにな
されたもので、駆動車から被動車へ伝達されるトルクの
急変時に過負荷保護装置内に生じるバックラッシを極め
て小さくして、サーボ系のトルク伝達時の駆動系の捻れ
剛性が低下することによる系の共振周波数の低下を防ぐ
ような過負荷保護装置を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る過負荷保
護装置は、板厚の方向の荷重に対しては低剛性のためた
わみ易くまた板の面内に平行な方向に対しては剛性が高
く面内のトルクに対する捻れ剛性の高い板バネを用い
て、これを第二のシャフトと摩擦板の貼付されたプレー
トとにリジットに接合することによって、板バネを通じ
て駆動車の回転トルクを被動車に伝達する機構を備えた
ものである。

【００１７】

【作用】この発明における過負荷保護装置は、板の面内
のトルクに対する板バネの捻り剛性が極めて高いことを
利用してプレートと第二のシャフトとの間を板バネでリ
ジットに接合し、プレートと第二のシャフトとの間のは
め合いのスキマ等によって生じる回転時の相対的な角度
変位を無くすことによってバックラッシを極めて小さく
できるため、トルク伝達時における駆動系の捻れ剛性の
低下によるサーボ系の共振周波数の低下を防ぐ作用があ
る。

【００１８】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図であり、
図１の（ａ）は断面図、（ｂ）はこの発明の板バネの詳
細図を示す。図において１，３，４，１０，１１，１３
〜１６は従来の装置と全く同じものであり、２は第二の
シャフト、５は第一のトルク伝達車、６は第二のトルク
伝達車、７は被動車、８は駆動車、９はプレート、１２
は板バネを示す。

【００１９】第二のシャフト２はキー３を通じて第一の
シャフト１にトルクを伝達するもので、７の被動車は例
えば負荷軸歯車２０のように第一のトルク伝達車からト
ルクを伝えられて負荷軸側にトルクを伝えるトルク伝達
要素であり、８の駆動車は例えばモータ軸歯車のように
駆動モータからの発生トルクを第二のトルク伝達車に伝
えるトルク伝達要素である。第一のトルク伝達車５は被
動車７へトルクを伝達するもので例えば第一の歯車２２
等のトルク伝達要素、第二のトルク伝達車６は駆動車８
からトルクを伝達される第二の歯車２３等のトルク伝達
要素である。プレート９は摩擦板１０が貼付されており
第二のトルク伝達車６から摩擦トルクを伝えられるもの
である。板バネ１２は板厚方向の荷重に対して低剛性の
ためたわみ易く、板の面内に平行な方向に対しては剛性
が高くて面内のトルクに対する捻れ剛性が高い板で、プ
レート９に対しては例えば図１の（ｂ）のハッチング部
への周辺でリジットに接合され、シャフト２に対しては
例えば図１の（ｂ）のハッチング部チの周辺でリジット
に接合されるものである。

【００２０】上記のように構成された機器において、通
常時は摩擦板１０の静止摩擦によって第二のトルク伝達
車６からプレート９にトルクを伝達し、プレート９は板
バネ１２を通じて第二のシャフト２へトルクを伝達す
る。このとき板バネ９の捻り剛性が極めて高いためプレ
ート９とシャフト２の間において板バネの捻れによる角
度差が微小量になり、トルク変動時のバックラッシが微
小になる。また、過負荷時においては従来の過負荷保護
装置と同様にプレート９と第二のトルク伝達車６との間
に滑りが生じて両者間のトルク伝達が動摩擦で行われる
ため被動車７への伝達トルクがある規定値以下に制限さ
れる。また、このとき板バネ１２が板厚方向にたわみ易
いため、第二のシャフトに対して図１のトの方向に板バ
ネをたわませることによってプレートを可動させ、プレ
ートと第二の歯車との間の最大静止摩擦トルクを調整で
きる。

【００２１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、過負荷時にはトルクの伝達が動摩擦で行
われて駆動側から被動側への伝達トルクをある規定値以
下に抑えることができ、通常のトルク伝達時においても
プレートと第二のシャフトとの間のトルクの伝達を板バ
ネで行うことによってバックラッシを極めて小さくでき
るため、トルク伝達時における駆動系の捻れ剛性の低下
によるサーボ系の共振周波数の低下を抑え、精度が高く
安定なサーボ系を構築できるような過負荷保護装置を得
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による過負荷保護装置の断面
図である。

【図２】従来の過負荷保護装置の断面図である。

【図３】従来の過負荷保護装置の概念図である。

【図４】従来の駆動系を近似する数学モデルである。

【図５】線形なバネマス系の捻れ角変位θと駆動トルク
Ｔの特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 第一のシャフト ２ 第二のシャフト ３ キー ４ 止め輪 ５ 第一のトルク伝達車 ６ 第二のトルク伝達車 ７ 被動車 ８ 駆動車 ９ プレート １０ 摩擦板 １１ バネ １２ 板バネ １３ ロックナット １４ 第一の軸受 １５ 第二の軸受 １６ 第三の軸受 １７ 過負荷保護装置部 １８ プレート １９ キー ２０ 負荷軸歯車 ２１ モータ軸歯車 ２２ 第一の歯車 ２３ 第二の歯車 ２３ 第三の歯車 ２５ 負荷 ２６ モータ ２７ ダンパ ２８ ストッパ ２９ 歯車箱 ３０ 第三の軸受 ３１ 線形バネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク伝達時に回転軸になる第一のシャ
   フトと、この第一のシャフトと同軸上にあって上記第一
   のシャフトに対する回転方向がキーによって支持され上
   記第一のシャフトに対するスラスト方向が止め輪によっ
   て支持される第二のシャフトと、上記第一のシャフトに
   固定され被動側の被動車にトルクを伝達する第一のトル
   ク伝達車と、上記第一のシャフトに対するラジアル方向
   とスラスト方向が軸受によって支持され駆動側の駆動車
   からトルクを伝達される第二のトルク伝達車と、上記第
   二のシャフトに接合され、板厚方向の荷重に対して低剛
   性でたわみ易く、かつ板の面内に平行な方向の剛性が高
   く回転トルクに対する捻れ剛性の高い板バネと、上記第
   二のシャフトへ回転トルクを伝達するように上記板バネ
   に接合されたプレートと、このプレートに設けられ上記
   第二のトルク伝達車との間の摩擦トルクによってプレー
   トから第二のトルク伝達車へトルクを伝達する摩擦板
   と、上記プレートと第二のトルク伝達車との間を加圧し
   て摩擦力を調整するバネと、上記第二のシャフトにネジ
   で締結されその締結力によってバネの加圧力を調整する
   ロックナットとから構成されることを特徴とする過負荷
   保護装置。