機械式トルクリミッター

ロボットのおもちゃがテーブルの上から落ちたり、ロボット掃除機につまずいたり、トイレの便座や自動車の電動ドアを急に止めてしまったりすることがあります。このような誤操作や入力ショックによる被害を防ぐために、トルクリミッターを使用します。トルクリミッターとは、機械的な過負荷から機器を保護し、回転体の損傷を防ぐ装置です。サーボやステッピングモーター、あるいはシステムを駆動するギアなどに必要とされます。

トルクリミッター

トルク過負荷保護装置は、誤使用や入力ショックからシステムを保護するために使用します。偶発的な衝突、生産機械や組立機械の衝突、あるいは意図しない運転状態が、過負荷の状況を引き起こします。多くの場合、これは高回転での動力伝達時に起こり、駆動モーターやギアボックスの損傷に繋がります。

ロボットにおいては、動作中にトルクの許容値を超えると、その機能や再現性に影響を与えます。ロボットが生産や組み立てに使用される場合、トルク過負荷状態はロボットや機械のダウンタイムの原因となり、生産性やメンテナンスコストに大きな悪影響を与えます。トルク制限装置を導入することで、駆動モーターやギアボックスを損傷から守ることができます。

トルクリミッターとは？

トルクリミッターは、機械的な過負荷から機器を守るために存在します。瞬間的に重要な部品が故障したり、壊れたりすると、システムが対処できる範囲を超えてトルクレベルが急上昇します。ご想像のとおり、その結果は良いものではありません。

トルクの過負荷を防ぎ、回転体の保護に欠かせない、シンプルで賢い部品です。ここでは、トルクリミッターとその種類について詳しくご紹介します。トルクリミッターには、被駆動体や負荷からドライバーを切り離す方法によって、2つの基本設計があります。

1. スリップクラッチには一定のトルクが設定されています。この設定トルクを超えると、スリップクラッチは駆動軸を被駆動部品から切り離し、高トルクによる損傷を防ぎます。スリップすることで部品を切り離します。
2. 切断式トルクリミッターは、スリップクラッチとは異なり、物理的に駆動を切り離すことで動作します。

電気式のトルクリミッターもあります。しかし、電気式のトルクリミッターは、検出や監視のためのセンサや装置が必要なので、ここでは除外します。また、機械式トルクリミッターの方が安価でシンプルな選択肢です。

摩擦式

 

摩擦式トルクリミッターでは、自動車のクラッチのように、バネの付いたフリクションディスクが互いに接触しています。このフリクションディスクにかかるバネの予圧量を調整することで、トルクスリップの制限値を作り出します。通常のトルク負荷状態では、このトルクリミッターによって、すべてのトルクが伝達されます。トルクが制限値を超えると、フリクションディスクが互いにスリップします。このタイプのトルクリミッターの利点は、トルク過負荷状態の後、直ちに再結合することです。

 

 

シャーピン式

 

このタイプのトルクリミッターは、2つの回転体を金属製のピンでつないでいます。トルクが伝達されているときは、シャーピンに一定のせん断力がかかります。通常の動力伝達では、このトルクリミッターによってトルクが伝達されます。設定されたトルクを超えると、シャーピンが折れることで過大トルクを防ぎます。欠点は、トルクが過負荷状態になった後、シャーピンを交換しなければならないことです。また、シャーピンが破断するトルクのレベルを正確にコントロールすることは難しいかもしれません。

 

 

 

ボールまたはローラーディテント式

一方の回転体にある一連のボールやローラーが、他方の回転体にある相手側のソケットやディテントと一致します。ボールやローラーにはばねが入っているので、相手のソケットやディテントとかみ合った状態で維持され、通常の動作ではすべてのトルクが伝達されます。トルクが許容値を超えると、ボールやローラーはスプリングの力に打ち勝って、相手のソケットやディテントとのかみ合いが解除されます。

 

マグネット式

マグネット式トルクリミッターは、切断とスリップを組み合わせた方式を採用しています。設定されたトルクレベルに達すると、マグネットが切断され、クラッチがスリップします。

 

 

トレランスリング

レンコールトレランスリングは、ばねの力と摩擦を動作原理としており、典型的な摩擦式のトルクリミッターとは異なります。トレランスリングは、アセンブリに直列に取り付けたり、クランプしたりするのではなく、動力部品の同軸上に取り付けられます。レンコールトレランスリングには、半径方向に力を発生させる波形状の突起があります。この半径方向のばねの力は、2つの部品の間に摩擦による保持力を付加し、許容値を超えるまでトルクを伝達します。トレランスリングは、ギアやスプロケットと、ドライブシャフトや出力軸の間に組み入れることができます。

 

スリップクラッチ

これらのシステムのほとんどは、複雑でかさばり、大きなスペースが必要になります。レンコールトレランスリングは、1つの部品を相手側の既存部品に合わせて使用します。低コストでスペースと重量を減らすことができます。トルクリミッターやスリップクラッチとしてのレンコールトレランスリングの詳細については、製品ページをご覧ください。

おもちゃのロボット用途に、私たちは世界最小のトレランスリングを開発しました。このケーススタディでは、設計、試験、製造の各分野でどのように能力を発揮し、最終的に史上最小のスリップクラッチの開発につながったかをご紹介します。

 

CASE STUDY

 

 

トルクについて

レンコールトレランスリング、トルクリミッター、過負荷保護についての詳細は、サンゴバンのエンジニアにご相談ください。私たちは豊富な経験を共有することができます。

お問い合わせ、またはEメール： makingabigdifference@saint-gobain.com