JP2009192061A

JP2009192061A - 両方向トルクリミッタ

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Publication number: JP2009192061A
Application number: JP2008036280A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takada; 声一高田; Tsutomu Maiwa; 勉眞岩
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】両方向トルクリミッタにおいて、その発生トルクの大きさを外部から調整できるようにすることである。
【解決手段】内輪１１と外輪１２との対向面間に設けられたトルク発生機構２０からなる両方向トルクリミッタにおいて、前記トルク発生機構２０を、前記内輪１１と外輪１２の対向面間に形成されたクサビ部２１、該クサビ部２１に介在されたボール２３、該ボール２３をクサビ部２１の狭小方向に押圧するコイルばね２５、前記ボール２３の一部が嵌合されその周方向への移動を規制する溝２２、及び前記外輪１２のねじ部１７にねじ結合させた蓋部材２６によってコイルばね２５を受け、その蓋部材２６のねじ込み量により発生トルクの大きさを調整できるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、事務機等のトルク伝達系において用いられる両方向トルクリミッタに関するものである。

事務機等におけるトルクの伝達系に介在される両方向トルクリミッタとして、従来からコイルばねをトルク発生部材として用いたものが知られている（特許文献１の図１参照）。

この両方向トルクリミッタは、内輪と、その内輪に対し相対回転可能に嵌合された外輪、前記内輪と外輪との対向面間に設けられた収納部において該内輪の外径面に緊縛されたコイルばね及び前記収納部の開放端に嵌合された環状の蓋部材とにより構成される。

前記収納部の奥所（開放端と反対側の閉塞端の内面）において、外輪の内径面に係合突起が設けられ、また、蓋部材の内面にも係合突起が設けられる。前記のコイルばねの両端部がそれぞれこれらの係合突起に対し周方向に係合される。

前記のトルクリミッタは、内輪と外輪が相対回転したときに、一方の係合突起がコイルばねの一端部に係合してコイルばねの他端部を他方の係合突起に係合させることにより、該コイルばねに拡径作用を生じさせる。その拡径作用に伴いコイルばねと内輪外径面との間に摩擦が生じ、所定のトルクを発生させる。また、前記と逆方向に回転したときも同様の作用によってコイルばねに拡径作用を生じさせ、コイルばねと内輪外径面との間に生じる摩擦によって所定のトルクを発生させる。このようにして、内輪・外輪の相対的回転のいずれの回転方向にもトルクを発生させる両方向トルクリミッタの作用を行う。

コイルばねを用いた一方向トルクリミッタも従来から知られている（特許文献１の図８参照）。この一方向トルクリミッタは、コイルばねが小径部と大径部からなり、その小径部の先端フックが収納部の奥所に係合される一方、大径部の先端フックが蓋部材に係合される。

前記内輪と外輪の相対回転の方向が前記小径部を拡径させる回転方向は一方向のみであり、その回転方向の場合にのみトルクリミッタの作用をなす。この一方向トルクリミッタは、蓋部材を外部から回転操作して大径部のばね力を変えることにより、小径部の緊縛力を変えて発生トルクの大きさを調整することができる。このため、事務機等に組み込んだ後において生じることがあるトルク調整の要請に応えることができる。
特開２００６−１００６０号公報（「背景技術」「発明を実施するための最良の形態」の項、図１、図８）

前記の両方向トルクリミッタにおいては、発生トルクの大きさはコイルばねの緊縛力によって決定され、その緊縛力を外部から変えることができず、緊縛力が決まると一律に発生トルクの大きさが定まってしまう。このため、事務機等に組み込んだ後において生じることがあるトルク調整の要請に容易に応えることができない不都合がある。

また、前記の一方向トルクリミッタは、トルク調整が可能である反面、トルクリミッタとしての作用が一方向の回転に限定される不便がある。両方向にトルクリミッタの作用をさせるためには、方向性が反対のものを一対使用する必要があるので、コスト及び収納スペース上の問題がある。

そこで、この発明は、両方向トルクリミッタにおいて、外部からのトルク調整が容易にできるようにして、事務機等に組み込んだ後におけるトルク調整の要請に応えることができるようにすることを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明の両方向トルクリミッタは、図１に示したように、内輪１１と、その内輪１１に対し相対回転可能に嵌合された外輪１２及び前記内輪１１と外輪１２との対向面間に設けられたトルク発生機構２０とからなる両方向トルクリミッタにおいて、前記トルク発生機構２０は、前記内輪１１と外輪１２の対向面間に形成され軸方向一定向きに狭小となるクサビ部２１、該クサビ部２１に介在されたボール２３等のトルク発生部材、該トルク発生部材を前記クサビ部２１の狭小方向に押圧する付勢手段及び前記トルク発生部材の移動規制手段によって構成されたものである。

前記の両方向トルクリミッタは、トルク発生部材が付勢手段によってクサビ部２１の狭小方向に押圧され、かつ、そのトルク発生部材は移動規制手段によって周方向への移動が規制されているので、内輪１１と外輪１２が正逆いずれの方向に相対回転した場合でも、トルク発生部材とクサビ部２１との間で所定のトルクを発生させる。また、前記付勢手段の付勢力を外部から変えることによって、トルク発生部材に与える押圧力を変化させ、発生トルクの大きさを調整することができる。

この発明によれば、内輪１１と外輪１２の相対的な両方向の回転において所定のトルクを発生させることができる。また、トルク発生部材に対する付勢力を外部から変化させることができるので、事務機等に組み込んだのちにおいても発生トルクの調整を容易に行うことができる。

以下、この発明に係る両方向トルクリミッタの実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１から図４に示した実施例１は、円筒形の内輪１１が外輪１２の内径面に同芯状態に嵌合される。外輪１２は一端が開放され、他端の閉塞部１３に前記内輪１１の内径と同径の軸孔１４が形成される。前記閉塞部１３の内面において軸孔１４より大径の軸受部１５が設けられ、その軸受部１５に前記内輪１１の内端部が回転自在に嵌合される。軸受部１５の内端に外径方向の段差部１６が設けられる。

前記外輪１２の開放端側の内径面の軸方向に所要の範囲にわたりねじ部１７が設けられる。そのねじ部１７の内径は前記段差部１６より大きく形成される。該ねじ部１７の内端から前記の段差部１６までの間に段差部１６側が小径となるテーパ面１８が形成される。

前記内輪１１の外径面に対向した外輪１２のねじ部１７とテーパ面１８とによって収納部１９が形成される。その収納部１９の内部にトルク発生機構２０が設けられる。

前記のトルク発生機構２０は、前記収納部１９のテーパ面１８を含む部分に構成されたクサビ部２１を有する。クサビ部２１は、軸方向に見た場合、段差部１６の方向に次第に狭小となる空所によって形成される。前記テーパ面１８には、周方向に一定間隔をおいて軸方向の溝２２が形成される（図２、図３参照）。

また、前記クサビ部２１にトルク発生部材としての金属製のボール２３が各溝２２に１個ずつ部分的に嵌合される。各ボール２３は溝２２の間隔をおいて周方向に配置される。これらのボール２３は、前記溝２２の途中において、その溝底と内輪１１の外径面との間において噛み込みを生じる大きさの径をもっている。溝２２は、ボール２３の周方向への移動を規制する移動規制手段を構成する。

前記ボール２３の段差部１６と反対側の面にすべてのボール２３に軸方向に接触する環状のばね座２４が当てられる。内輪１１の外径面に若干のすき間をおいてコイルばね２５が装着され、その先端部が該ばね座２４を介してボール２３に押し当てられる。

前記のねじ部１７に環状の蓋部材２６がねじ込まれ、その蓋部材２６によってコイルばね２５の外端部が受けられる。コイルばね２５は前記ばね座２４を介してボール２３をクサビ部２１の狭小方向に押圧する。前記のコイルばね２５、その外端部を受ける蓋部材２６及びばね座２４によって、ボール２３を押圧する付勢手段が構成される。

前記蓋部材２６の外面に調整凹部２７が設けられる。その調整凹部２７は外輪１２の開放端から外部に露出している。
なお、図中２８は内輪１１の露出端に設けられた一対の係合凹部、２９は外輪１２の閉塞部１３の外面に設けられた一対の係合突起であり、それぞれ、駆動軸と従動軸に係合される。

実施例１は以上のように構成され、次にその作用について説明する。トルク発生機構２０を構成するボール２３は、常にコイルばね２５によって付勢され、クサビ部２１の対向面間に所要の押圧力で噛み込んでいる。

いま、内輪１１が外輪１２に対して左右いずれかの方向に相対回転したとすると、ボール２３は溝２２に対し嵌合状態にあり周方向への移動が規制されているので、ボール２３と内輪１１（図４の場合は外輪１２）との接触面において一定の摩擦を生じ、その摩擦と回転半径の大きさによって定まる所定のトルクが発生する。内輪１１と外輪１２は、いずれが入力側、出力側となっても差し支えなく、また、両者が両方向のいずれの方向に相対回転しても、同様の作用によって一定のトルクが発生する。

発生トルクの大きさの調整を行う場合は、蓋部材２６の調整凹部２７に工具を差し込んで回転操作することにより、コイルばね２５の付勢力を調整して、クサビ部２１の対向面に対するボール２３の押圧力を変えることにより行う。
なお、内輪１１、外輪１２は焼結合金、合成樹脂等により形成される。

図４は、前記実施例１の変形例であり、大部分の構成において実施例１と共通しているが、溝２２がクサビ部２１を構成する内輪１１の外径面に設けられた点で相違している。この場合も、各溝２２にボール２３の一部が嵌合され、ボール２３が周方向に移動することを規制する。内輪１１と外輪１２の相対回転によって、外輪１２のテーパ面１８との間で生じる摩擦によって両方向に所定のトルクを発生させる。トルクの調整も同様に行われる。

この図４の場合は、図１の場合に比べ摩擦部分の半径が大きくなるので、発生トルクが相対的に大きくなる。

図５から図７に示した実施例２は、トルク発生部材として金属製のスプラグ３１を用いた点において実施例１と相違している。スプラグ３１は、図５及び図６に示したように、前記のクサビ部２１を構成する内輪１１の外径面と外輪１２の内径面とに対向した２面が円弧面３２、３２となっている。また、内輪１１又は外輪１２の軸方向に見た端面３３、３３が該軸方向に対し直角の平面に形成される。また、前記軸方向に沿った側面３４、３４も前記端面３３、３３に対し直角の平面に形成される。

前記のスプラグ３１は、その一方の円弧面３２の一部を外輪１２のテーパ面１８に形成された溝２２に嵌合させ、他方の円弧面３２を内輪１１の外径に接触させることにより、クサビ部２１に噛み込ませる。

この場合のコイルばね２５は、スプラグ３１との接触面が全周に渡って同じ軸方向高さを持つように最終巻き部分の端面が平坦面３５に形成され、スプラグ３１の平坦な端面３３に安定よく接触できるようになっている。コイルばね２５の平坦面３５とスプラグ３１の端面３３が面接触とすることにより、接触部分における面圧が低くなり耐久性が向上する。この場合は、前記実施例１の場合に用いられていたばね座２４を省略することができる。

図７は、前記図４の場合と同様に、溝２２を内輪１１の外径面に設けた変形例を示している。

図８から図１１に示した実施例３は、トルク発生部材として、断面円形の金属線をリング状に湾曲して形成された有端リング３６を用いたものである。この場合の有端リング３６は両端部相互を若干離して切り離し部３７を設けている。この有端リング３６は内輪１１の外径面に軸方向の移動が自由となる程度に接触するように嵌合され、内輪１１の外径面と、外輪１２のテーパ面１８との間に形成されたクサビ部２１に噛み込む。

外輪１２のテーパ面１８の奥所の一部に内径方向に突き出した係合凸部３８が設けられ、その係合凸部３８が前記有端リング３６の切り離し部３７に嵌合される。この切り離し部３７が有端リング３６の周方向への移動を規制する移動規制手段を構成する。前記の有端リング３６にばね座２４を介してコイルばね２５が押し当てられ、これによって有端リング３６が所定の押圧力をもってクサビ部２１に噛み込む。

また、図１０、図１１に示したように、内輪１１の外径面に係合凸部３９を設け、これを有端リング３６の切り離し部３７に内径側から係合させるようにしてもよい。

この実施例３の場合も内輪１１及び外輪１２の相対回転時において、有端リング３６は係合凸部３８によって周方向への移動が規制され、内輪１１に対して摩擦を生じさせる。前記のボール２３やスプラグ３１に比べ、摩擦面が広くとれるので、発生トルクを高めることができる。図１０、図１１に示した場合も同様である。

図１２から図１５に示した実施例４は、前記実施例３と同様の有端リング３６を形成する金属線の断面形状の内径面、外径面を円弧面４１に形成し、軸方向の両端面を軸線に対し直角の平面４２に形成したものである。外輪１２のテーパ面１８に設けられた係合凸部３８が前記有端リング３６の切り離し部３７に係合され、周方向への移動が規制される。

この場合のコイルばね２５の有端リング３６に対する接触面も平坦面３５に形成され、前記平面４２と面接触するようにして面圧を下げている。また、ばね座２４が省略される。
なお、図１４及び図１５は、係合凸部３９を内輪１１の外径面に設けた例である。

図１６から図１９に示した実施例５は、トルク発生部材としての有端リング３６が、円形断面の金属線をリング状に湾曲し、その両端部の突合せ部分において一方の端部を外径方向に屈曲して係合凸部４３を形成したものである。その係合凸部４３に対応して外輪１２のテーパ面１８に係合凹部４４が設けられる。係合凸部４３を係合凹部４４に嵌入することによって有端リング３６の移動を規制するようにしている。

また、図１８、図１９に示したように、係合凸部４３’を内径側に屈曲して形成する場合もある。この場合は、内輪１１側に設けた係合凹部４４’に係合凸部４３’に嵌入することにより移動を規制する。

図２０から図２３に示した実施例６は、クサビ部２１を構成するテーパ面１８’が内輪１１の外径面に形成された点、及びねじ部１７’が内輪１１の外径面に形成された点において前記実施例１の場合と相違している。

前記のテーパ面１８’は、内輪１１の先端部外径面に形成され、その先端に至るほど径が大きくなる傾斜面となっている。そのテーパ面１８’に周方向に一定の間隔をおいて軸方向の溝２２’が形成され、その溝２２’に部分的に嵌合されたボール２３が、外輪１２の内径面との間に形成されたクサビ部２１に噛み込まれる。ボール２３にばね座２４を介してコイルばね２５が押し当てられる。コイルばね２５の他端は前記ねじ部１７’にねじ込まれた蓋部材２６によって受けられる。

図２３（ａ）（ｂ）は、溝２２’を外輪１２の内径面の肉厚部３０に形成した変形例である。その他の構成及び作用は実施例１の場合と実質的に同様であるのでその説明を省略する。

図２４から図２６に示した実施例７は、前記実施例６の場合のボール２３に代えて、実施例２の場合と同じスプラグ３１を用いたものである。

図２７から図３０に示した実施例８は、前記実施例６の場合のボール２３に代えて、実施例３の場合と同じ切り離し部３７を有する有端リング３６を用いたものである。

図３１から図３４に示した実施例９は、前記実施例８の場合において、前記実施例４の場合と同様の平面４２を有する有端リング３６を用いたものである。

図３５から図３８に示した実施例１０は、前記実施例８の場合において、前記実施例５の場合と同様に一方の端部を外径方向に屈曲して係合凸部４３を形成した有端リング３６を用いたものである。

図３９及び図４０に示した実施例１１は、前記した実施例１から１０の場合のクサビ部２１の構造に改良を加えたものであり、図３９は実施例１から同５の場合、図４０は実施例６から同１０の場合の代表例である。

図３９は、内輪１１の外径面と外輪１２内径面のテーパ面１８によって構成されるクサビ部２１のうち、ボール２３等のトルク発生部材が接触する部分及びその近辺の部分に焼結合金等の金属で形成された内輪補強板４５、外輪補強板４６を嵌めたものである。外輪補強板４６にテーパ面１８及び溝２２が形成される。溝２２を内輪補強板４５に形成する場合もある。

前記の補強板４４、４５を嵌めた内輪１１及び外輪１２は、合成樹脂のインサート成形によって製作することができる。ボール２３等のトルク発生部材はこれらの補強板４４、４５の部分に接触することで、合成樹脂部分の摩耗を防ぐことができる。また、トルク発生時の発熱が補強板４４、４５を取り巻く合成樹脂部分において吸収されるので、部品の温度上昇を抑制することができる。また、合成樹脂とすることによりねじ部１７の加工も容易となり、コスト低減をはかることができる。

図４０に示したものも同様に、内輪１１のテーパ面１８’及びこれに対向した外輪１２の内径面にそれぞれ内輪補強板４５’及び外輪補強板４６’が嵌合されたものである。内輪補強板４５’にテーパ面１８’及び溝２２’が形成される。溝２２’は外輪補強板４６’に形成される場合もある。

実施例１の断面図図１の一部切欠左側面図図１のＸ_１−Ｘ_１線の断面図実施例１の変形例の部分断面図実施例２の部分断面図（ａ）図５のＸ_２−Ｘ_２線の一部断面図、（ｂ）スプラグの斜視図実施例２の変形例の部分断面図実施例３の部分断面図図８のＸ_３−Ｘ_３線の断面図実施例３の変形例の部分断面図図１０のＸ_４−Ｘ_４線の断面図実施例４の部分断面図図１２のＸ_５−Ｘ_５線の断面図実施例４の変形例の部分断面図図１４のＸ_６−Ｘ_６線の断面図実施例５の部分断面図図１６のＸ_７−Ｘ_７線の断面図実施例５の変形例の部分断面図図１８のＸ_８−Ｘ_８線の断面図実施例６の断面図図２０の一部切欠左側面図図２０のＸ_９−Ｘ_９線の断面図（ａ）実施例６の変形例の部分断面図、（ｂ）（ａ）図のｂ−ｂ線の断面図実施例７の部分断面図（ａ）図２４のＸ_１０−Ｘ_１０線の一部断面図、（ｂ）スプラグの斜視図実施例７の変形例の部分断面図実施例８の部分断面図図２７のＸ_１１−Ｘ_１１線の断面図実施例８の変形例の部分断面図図２９のＸ_１２−Ｘ_１２線の断面図実施例９の部分断面図図３１のＸ_１３−Ｘ_１３線の断面図実施例９の変形例の部分断面図図３３のＸ_１４−Ｘ_１４線の断面図実施例１０の部分断面図図３５のＸ_１５−Ｘ_１５線の断面図実施例１０の変形例の部分断面図図３７のＸ_１６−Ｘ_１６線の断面図実施例１１の部分断面図実施例１１の他の例の部分断面図

符号の説明

１１内輪
１２外輪
１３閉塞部
１４軸孔
１５軸受部
１６段差部
１７、１７’ ねじ部
１８、１８’ テーパ面
１９収納部
２０トルク発生機構
２１クサビ部
２２、２２’ 溝
２３ボール
２４ばね座
２５コイルばね
２６蓋部材
２７調整凹部
２８係合凹部
２９係合突起
３１スプラグ
３２円弧面
３３端面
３４側面
３５平坦面
３６有端リング
３７切り離し部
３８係合凸部
３９係合凸部
４１円弧面
４２平面
４３、４３’ 係合凸部
４４、４４’ 係合凹部
４５、４５’ 内輪補強板
４６、４６’ 外輪補強板

Claims

内輪(１１)と、その内輪(１１)に対し相対回転可能に嵌合された外輪(１２)及び前記内輪(１１)と外輪(１２)との対向面間に設けられたトルク発生機構(２０)からなる両方向トルクリミッタにおいて、
前記トルク発生機構(２０)は、前記内輪(１１)と外輪(１２)の対向面間に形成された軸方向の一定向きに狭小となるクサビ部(２１)、該クサビ部(２１)に介在されたボール(２３)等のトルク発生部材、該トルク発生部材を前記クサビ部(２１)の狭小方向に押圧する付勢手段及び前記トルク発生部材の移動規制手段によって構成されたことを特徴とする両方向トルクリミッタ。
前記クサビ部(２１)が、前記外輪(１２)の内径面に形成されたテーパ面(１８)と、前記内輪(１１)の円筒状外径面とによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の両方向トルクリミッタ。
前記クサビ部(２１)が、前記内輪(１１)の外径面に形成されたテーパ面(１８’)と、前記外輪(１２)の円筒状内径面とによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の両方向トルクリミッタ。
前記付勢手段が、前記内輪(１１)の周りに所要のすき間をおいて装着されたコイルばね(２５)と、そのコイルばね(２５)の外端部を受けるリング状の蓋部材(２６)とによって構成され、前記コイルばね(２５)の内端部が前記トルク発生部材に押し当てられ、前記蓋部材(２６)が前記外輪１２の内径面にねじ結合されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の両方向トルクリミッタ。
前記トルク発生部材が、前記クサビ部(２１)の周方向に所定間隔をおいて配置された複数のボール(２３)によって構成され、前記移動規制手段が前記クサビ部(２１)を形成するいずれか一方の対向面に前記ボール(２３)に対応して設けられた軸方向の溝(２２)によって構成され、前記各溝(２２)に１個の前記ボール(２３)が部分的に嵌合されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の両方向トルクリミッタ。
前記トルク発生部材が、前記クサビ部(２１)の周方向に所定間隔をおいて配置された複数のスプラグ(３１)よって構成され、該スプラグ(３１)は前記クサビ部(２１)を構成する内輪(１１)外径面と外輪(１２)内径面とに対向した面が円弧面(３２)に形成され、前記移動規制手段が前記クサビ部(２１)を形成するいずれか一方の対向面に前記スプラグ(３１)に対応して設けられた軸方向の溝(２２)によって構成され、前記各溝(２２)に１個のスプラグ(３１)がその円弧面(３２)を該溝(２２)の底面に向けた状態で部分的に嵌合されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の両方向トルクリミッタ。
前記スプラグ(３１)の内輪(１１)又は外輪(１２)の軸方向に見た端面(３３)が該軸方向に対し直角の平面に形成された特徴とする請求項６に記載の両方向トルクリミッタ。
前記トルク発生部材が、前記クサビ部(２１)の周方向に嵌合された有端リング(３６)によって構成され、前記移動規制手段が前記クサビ部(２１)を形成するいずれか一方の対向面に設けられた係合部によって構成され、該係合部に前記有端リング(３６)の端部が係合され周方向の移動が規制されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の両方向トルクリミッタ。
前記クサビ部(２１)を構成する前記内輪(１１)の外径面と、これに対向した前記外輪(１２)の内径面にそれぞれ補強板（４５、４５’、４６、４６’）が嵌合されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の両方向トルクリミッタ。