JP2004360895A - トルクリミッタおよびこれを用いた便座および便蓋の自動開閉ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 管理が容易であると共に両回転方向に使用でき、尚かつ位置決め機能を併せ持つトルクリミッタおよびこれを用いた便座および便蓋の自動開閉ユニットを提供する。
【解決手段】 内輪２と外輪３とを備え、これら内輪２または外輪３のいずれか一方で構成される入力部材に与えられる入力トルクが設定トルク以下である場合に内輪２および外輪３が連動するトルクリミッタ１において、内輪２または外輪３のいずれか一方に係止溝４が形成され、係止溝４に係止するローラピン６を係止溝４に押圧する板ばね７を内輪２または外輪３のいずれか他方に備え、ローラピン６に与えられる入力トルクが設定トルクを超えるとローラピン６が板ばね７を弾性変形させて係止溝４から外れ、内輪２と外輪３とが非連動状態になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力トルクが設定トルク以下である場合に同じトルクを出力すると共に入力トルクが設定トルクを超える場合にトルクを出力しないトルクリミッタおよびこれを用いた便座および便蓋の自動開閉ユニットに関する。さらに詳述すると、本発明は、ばね力を使用したトルクリミッタおよびこれを用いた便座および便蓋の自動開閉ユニットに関する。

トルクリミッタとしては、入力部材と出力部材とを摩擦力を介して連動させると共に、入力部材に所定の摩擦力以上のトルクが加わったときに出力部材との間で滑りを生じさせて連動しないようにするものがある。また、トルクリミッタの他の例として、入力部材と出力部材との間に高粘性のオイルを介在させてこれらを連動させるものがある。

さらに、トルクリミッタの別の例として、ワンウェイクラッチを利用することもある。例えば、２軸の連結部分に捻りコイルばねまたはニードルベアリングを設けて、一方の軸がある方向に回転する時には２軸は連動しないが、逆方向に回転する時には捻りコイルばねまたはニードルベアリングが他方の軸に当たって２軸が連動するワンウェイクラッチをトルクリミッタとして使用する。

しかしながら、上述した部品同士の摩擦力を使用したトルクリミッタでは、部品同士が摩擦するので寿命が短く、またメンテナンスを頻繁に行わなければならず管理が煩雑である。また、オイルを用いたトルクリミッタでは、オイルの粘性は温度の影響を受け易いので使用条件に制限ができたり摩擦力の設定や管理が煩雑である。

さらに、ワンウェイクラッチを使用したトルクリミッタでは、一方向の回転しかトルクリミッタとして機能しないので、そのままでは両方向のトルクリミッタとして使用することができない。これを両方向のトルクリミッタとして使用するためには、ワンウェイクラッチを２つ使用するか、あるいは複雑な機構を設けなければならず、装置が大型化したりコストが高くなってしまう。

また、いずれのトルクリミッタでも入力部材と出力部材との間での位置決めは考慮されていないので、これらを位置決めするにはトルクリミッタとは別個に位置決め用の度当りなどを設けなければならない。

そこで、本発明の課題は、管理が容易であると共に両回転方向に使用でき、尚かつ位置決め機能を併せ持つトルクリミッタおよびこれを用いた便座および便蓋の自動開閉ユニットを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明では、内輪と外輪とを備え、これら内輪または外輪のいずれか一方で構成される入力部材に与えられる入力トルクが設定トルク以下である場合に前記内輪および外輪が連動するトルクリミッタにおいて、前記内輪または外輪のいずれか一方に係止溝が形成され、該係止溝に係止する係止部材を前記係止溝に押圧する板ばねを前記内輪または外輪のいずれか他方に備え、前記入力部材に与えられる入力トルクが前記設定トルクを超えると前記係止部材が前記板ばねを弾性変形させて前記係止溝から外れ、前記内輪と外輪とが非連動状態になることを特徴とする。

本発明では、板ばねの付勢力によりトルクの伝達と非伝達とを切り換えているので、従来のように部品同士の摩擦力を使用する場合に比べて磨耗の影響を受けにくい。また、従来のようにオイルの粘性を使用する場合に比べて温度の影響を受けにくい。

さらに、少ない部品点数でありながら両方向トルクリミッタとして使用することができる。また、係止部材が係止溝に係合したときにトルクリミッタとして機能するので、内輪と外輪との位置決め機能を有するようにできる。

本発明では、前記内輪または外輪のいずれか他方に係合部が形成され、前記係止部材は、前記係止溝および前記係合部に係止されるローラピンであり、前記入力部材に与えられる入力トルクが前記設定トルクを超えると前記ローラピンが前記板ばねを弾性変形させて前記係止溝から外れることが好ましい。係止部材をローラピンにした場合、一般にローラピンは剛性を有することから、入力トルクが設定トルク以下である場合に内輪と外輪を確実に連動させることができる。また、ローラピンにした場合、ローラピンと係止溝との摩擦抵抗を軽減できることから、入力トルクが設定トルクを超えた場合に確実にトルクリミッタとしての機能を果たすことができる。

本発明では、前記係止部材は、前記板ばねに形成された係止凸部とすることができる。この場合には、部品点数を軽減でき、トルクリミッタの構成を簡素化することができる。

また、本発明にかかるトルクリミッタは、モータの動力を便座および便蓋に伝達して開閉させる便座および便蓋の自動開閉ユニットにおいて、モータと便座および便蓋との連結部に用いることができる。

この場合、トルクリミッタでの磨耗が少ないことから便座および便蓋の自動開閉ユニットの寿命やメンテナンス間隔を延ばすことができる。また、温度の影響を受け難いので、より広い条件下で使用可能な自動開閉ユニットを得ることができる。

以上のように、本発明のトルクリミッタによれば、板ばねの付勢力によりトルクの伝達と非伝達とを切り換えているので、従来のように部品同士の摩擦力を使用する場合に比べて部品の磨耗が少なく耐久性を向上させることができる。また、従来のようにオイルの粘性を使用する場合に比べて温度の影響を受けにくいので、使用可能な条件を広くすることができる。

さらに、少ない部品点数でありながら両方向トルクリミッタとして使用することができる。また、係止部材が係止溝に係合したときにトルクリミッタとして機能するので、内輪と外輪との位置決め機能を有するようにできる。

また、本発明の便座および便蓋の自動開閉ユニットによれば、トルクリミッタでの磨耗が少ないことから便座および便蓋の自動開閉ユニットの寿命やメンテナンス間隔を延ばすことができる。また、温度の影響を受け難いので、より広い条件下で使用可能な自動開閉ユニットを得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２に本発明のトルクリミッタ１の実施の一形態を示す。このトルクリミッタ１は、内輪２と外輪３とを備え、これら内輪２または外輪３のいずれか一方で構成される入力部材に与えられる入力トルクが設定トルク以下である場合に内輪２および外輪３が連動するものである。このトルクリミッタ１は、内輪２または外輪３のいずれか一方に係止溝４が形成され、係止溝４に係止する係止部材を係止溝４に押圧する板ばね７を内輪２または外輪３のいずれか他方に備えている。特に本形態では、内輪２または外輪３のいずれか他方に係合部５が形成され、係止部材は、係止溝４および係合部５に係止されるローラピン６となっている。そして、入力部材に与えられる入力トルクが設定トルクを超えると係止部材であるローラピン６が板ばね７を弾性変形させて係止溝４から外れ、内輪２と外輪３とが非連動状態になるように構成されている。

内輪２はボス部８と外周壁部９とを備えている。外輪３は、内輪２のボス部８の周囲に回転可能に嵌合する嵌合周壁部１０を備えている。外輪３の嵌合周壁部１０が内輪２のボス部８に嵌合することにより、内輪２と外輪３とは回転可能に組み合わされる。係合部５は嵌合周壁部１０の２箇所に壁部が切り欠かれて１８０度間隔で形成されている。係止溝４は内輪２のボス部８の外周面の２箇所に１８０度間隔で形成されている。よって、内輪２と外輪３とは１８０度ごとに固定されるよう位置決めされる。尚、係止溝４は、ローラピン６の外周面との接触抵抗を軽減するため、軸方向断面が三角形状となるように形成されている。

板ばね７は１８０度を越える円弧形状としている。この板ばね７は外輪３の嵌合周壁部１０の外側に各係合部５を覆うように嵌合されている。板ばね７は１８０度を越えているので、２箇所の係合部５を同時に覆うことができる。嵌合周壁部１０の板ばね７が嵌合しない部位には板ばね７が回転することを防止するストッパ１１が形成されている。

ローラピン６は各係合部５の内部に設けられると共に、板ばね７によって内側に向けて付勢されている。なお、図２中、符号１２はローラピン６を内輪２の外部から内部に挿入するための貫通孔である。

上述したトルクリミッタ１の動作の一例を説明する。

図１に示すようにローラピン６が係止溝４に係止したときは、内輪２のボス部８と外輪３の嵌合周壁部１０とがローラピン６で連結されて内輪２と外輪３とが位置決めされており連動して回転する。そして、内輪２と外輪３との間に大きなトルクが加わると、係止溝４の縁がローラピン６を外側に押圧し板ばね７に抗して係止溝４から押し出す。これにより、内輪２と外輪３とは連動せずに空転する。

さらに、トルクが小さくなると、ローラピン６が係止溝４に達したときに板ばね７の付勢力によって入れ込まれる。これにより、内輪２と外輪３とが再び位置決めされて連動して回転可能になる。

ここで、上述したトルクリミッタ１を便座および便蓋の自動開閉ユニット１３に用いた実施形態について説明する。

図３および図４に本発明の便座および便蓋の自動開閉ユニット１３の実施の一形態を示す。この自動開閉ユニット１３は、モータ１４の動力を便座および便蓋に伝達して開閉させるものである。そして、モータ１４と便座および便蓋との連結部に上述のトルクリミッタ１を用いるようにしている。

この自動開閉ユニット１３は、モータ１４と、該モータ１４のシャフトに設けられたピニオン１５と、該ピニオン１５に噛み合う第１ギア１６と、第１ギア１６と同軸に一体化された第１ピニオン１７と、該第１ピニオン１７に噛み合う第２ギア１８と、第２ギア１８と同軸に一体化された第２ピニオン１９と、該第２ピニオン１９に噛み合う第３ギア２０と、第３ギア２０と同軸に一体化された第３ピニオン２１と、トルクリミッタ１の外輪３に形成された３本の支持軸２２と、第３ピニオン２１に噛み合うと共に各支持軸２２に回転可能に設けられた遊星ギア２３と、遊星ギア２３を支持軸２２に止め付ける蓋２４と、遊星ギア２３の周囲に設けられた内歯ギア２５と、トルクリミッタ１の内輪２のボス部８に形成されたスプライン状の取付孔２６と、この取付孔２６に挿入されて固定されると共に便座あるいは便蓋のヒンジピンの受け孔２７を有するヒンジピン受け２８と、外輪３側の回転数を検出する外輪側センサ基板２９と、内輪２側の回転角度を検出する内輪側センサ基板３０と、これらを収容するケーシング３１とを備えている。

この自動開閉ユニット１３には便蓋あるいは便座の一方のみを取り付ける。よって、便蓋および便座の両方を自動開閉するには２つの自動開閉ユニット１３を利用するようにする。また、ここでのトルクリミッタ１の入力部材は外輪３となる。

ケーシング３１は、上ケース３２と、中ケース３３と、下ケース３４とを備えている。各ケース３２，３３，３４はボルト３５によりねじ止めされている。中ケース３３と内歯ギア２５とは一体化されている。これにより、部品点数を減らすことができる。

各センサ基板２９，３０は、回転側部材に設けられたマグネットの通過をホールＩＣ３６の利用により検出して回転側部材の回転角度を検出するものである。外輪側センサ基板２９は、中ケース３３にボルト３７により固定されると共に、第１ギア１６に設けられたマグネットの通過を検知して第１ギア１６の回転数を検出する。また、内輪側センサ基板３０は、下ケース３４にボルト３８により固定されると共に、内輪２に設けられたマグネットの通過を検知して内輪２、即ち便座あるいは便蓋の回転角度を検出する。

上述した便座および便蓋の自動開閉ユニット１３の動作の一例を説明する。

自動開閉ユニット１３を便器側に設置する。そして、便座あるいは便蓋のヒンジピンをヒンジピン受け２８に固定する。モータ１４を回転させることにより、第１ギア１６、第１ピニオン１７、第２ギア１８、第２ピニオン１９、第３ギア２０、第３ピニオン２１、遊星ギア２３という順番で動力が伝達されてトルクリミッタ１の外輪３が回転される。この回転はトルクリミッタ１の内輪２からヒンジピン受け２８を経て便座あるいは便蓋に伝達される。これにより、便座あるいは便蓋が自動で開閉される。

また、一連の動作中に外輪側センサ基板２９により第１ギア１６の回転数が検出されるのでモータ１４が正常に駆動しているか否かを検出することができる。そして、内輪側センサ基板３０により内輪２の回転角度が検出されるので便座あるいは便蓋の開閉状態を把握することができる。

本実施形態によれば、便蓋あるいは便座とモータ１４との間にトルクリミッタ１を設けているので、これらの間で過大なトルクが作用した場合でもギアが欠け歯することを防止できる。また、従来よりも磨耗の少ないトルクリミッタ１を使用しているので、自動開閉ユニット１３の寿命やメンテナンス間隔を延ばすことができる。さらに、従来よりも温度の影響を受け難いトルクリミッタ１を使用しているので、より広い条件下で使用可能な自動開閉ユニット１３を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、トルクリミッタ１は１８０度ごとに位置決めされると共に便蓋あるいは便座の回転角度は約１２０度であるので、便蓋あるいは便座を強制的に回転させても別の角度で位置決めされてしまうことが無い。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上記形態では係止溝４と係合部５と板ばね７が内側から順に設けられると共に板ばね７はローラピン６を内側に付勢しているが、これには限られず係止溝４と係合部５と板ばね７を外側から順に設けると共に板ばね７はローラピン６を外側に付勢するようにしても良い。また、本実施形態では板ばね７は円弧形状にしているが、これには限られず直線状や円筒形状などであっても良い。

また、上記形態では係止溝４および係合部５は２箇所に形成されているが、これには限られず１箇所あるいは３箇所以上に設けても良い。また、係止溝４と係合部５との数を異ならせても良い。さらに、ローラピン６は２本に限られず、係合部５の数以下であればいくつでも良い。

さらに、上記形態では内輪２に係止溝４を、外輪３に係合部５をそれぞれ形成しているが、これには限られず内輪２に係合部５を、外輪３に係止溝４をそれぞれ形成するようにしても良い。

さらにまた、上記形態では内輪２に貫通孔１２を形成しているが、これには限られず貫通孔１２を設けずに内輪２の開口側から係止溝４にローラピン６を直接設けるようにしても良い。

また、上記形態では、係止溝４および係合部５に係止されるローラピン６が係止部材となっているが、係止部材はローラピン６に限定されない。すなわち、ローラピン６の代わりに球状の係止部材を用いても良い。また、図５に示すように、係止部材は、板ばね５７に形成された係止凸部５６であっても良い。以下、図５に示すトルクリミッタ５１をより具体的に説明する。

トルクリミッタ５１は、内輪５２と外輪５３とを備え、これら内輪５２または外輪５３のいずれか一方で構成される入力部材に与えられる入力トルクが設定トルク以下である場合に内輪５２および外輪５３が連動するものである。このトルクリミッタ５１は、内輪５２に係止溝５４が形成され、係止溝５４に係止する係止部材を係止溝５４に押圧する２つの板ばね５７を外輪５３に備えている。この形態では、係止部材は、板ばね５７に形成された係止凸部５６となっている。そして、入力部材に与えられる入力トルクが設定トルクを超えると係止凸部５６が板ばね５７を弾性変形させて係止溝５４から外れ、内輪５２と外輪５３とが非連動状態になるように構成されている。

係止溝５４は、内輪５２の外周面の２箇所に１８０度間隔で形成されている。外輪５３には、板ばね５７が配設される凹部６５が２箇所に１８０度間隔で形成されている。また、係止凸部５６は、板ばね５７に曲げ加工で一体に形成されている。そして、板ばね５７が凹部６５に配設された状態では、係止凸部５６が係止溝５４に向かって付勢されている。

このように構成されたトルクリミッタ５１においても、上記のトルクリミッタ１と同様に動作させることができる。また、便座および便蓋の自動開閉ユニット１３に用いることもできる。

尚、図５に示す形態においても、外輪５３に係止溝を形成し、内輪５２に板ばね５７を配設してもよい。また、係止溝５４および板ばね５７の数は２には限定されず１あるいは３以上としてもよい。さらに、係止溝５４および板ばね５７の数を異ならせても良い。

本発明のトルクリミッタを示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線で切断した状態を示す横断面平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した状態を示す縦断面正面図である。 トルクリミッタを示す分解組立図であり、（Ａ）は斜め上方から見た状態、（Ｂ）は斜め下方から見た状態を示す。 便座および便蓋の自動開閉ユニットを示す斜め上方から見た分解組立図である。 便座および便蓋の自動開閉ユニットを示す斜め下方から見た分解組立図である。 本発明の他の形態にかかるトルクリミッタを示す横断面平面図である。

符号の説明

１ トルクリミッタ
２ 内輪
３ 外輪
４ 係止溝
５ 係合部
６ ローラピン（係止部材）
７ 板ばね
１３ 便座および便蓋の自動開閉ユニット
５１ トルクリミッタ
５２ 内輪
５３ 外輪
５４ 係止溝
５６ 係止凸部（係止部材）
５７ 板ばね

Claims (4)

1. 内輪と外輪とを備え、これら内輪または外輪のいずれか一方で構成される入力部材に与えられる入力トルクが設定トルク以下である場合に前記内輪および外輪が連動するトルクリミッタにおいて、前記内輪または外輪のいずれか一方に係止溝が形成され、該係止溝に係止する係止部材を前記係止溝に押圧する板ばねを前記内輪または外輪のいずれか他方に備え、前記入力部材に与えられる入力トルクが前記設定トルクを超えると前記係止部材が前記板ばねを弾性変形させて前記係止溝から外れ、前記内輪と外輪とが非連動状態になることを特徴とするトルクリミッタ。
2. 前記内輪または外輪のいずれか他方に係合部が形成され、前記係止部材は、前記係止溝および前記係合部に係止されるローラピンであり、前記入力部材に与えられる入力トルクが前記設定トルクを超えると前記ローラピンが前記板ばねを弾性変形させて前記係止溝から外れることを特徴とする請求項１記載のトルクリミッタ。
3. 前記係止部材は、前記板ばねに形成された係止凸部であることを特徴とする請求項１記載のトルクリミッタ。
4. モータの動力を便座および便蓋に伝達して開閉させる便座および便蓋の自動開閉ユニットにおいて、前記モータと前記便座および便蓋との連結部に請求項１から３いずれかに記載のトルクリミッタを用いることを特徴とする便座および便蓋の自動開閉ユニット。

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