JP2010019339A - トルクリミッタ機構付き歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】加工や形成を容易にして従来よりもコストを安く抑え、外的負荷を受けた場合でも従来よりは境界点の変化を少なく抑えたトルクリミッタ機構付き歯車を提供する。
【解決手段】機構歯車１０（トルクリミッタ機構付き歯車）は、二つの歯車部材１１，１３間に介在され摩擦力によりトルク伝達を行うバネ部材１２と、片方の歯車部材１１，１３には歯車本体の一面側に設けられた台座部１３ａと当該台座部１３ａに設けられバネ部材１２の腕部１２ａ，１２ｃを通すために切り欠いた切欠部１３ｃとを有し、一方の歯車部材１１，１３から他方の歯車部材１１，１３にトルク伝達を行う場合、所定のトルク値まではトルク伝達を行い、所定のトルク値を超えるとバネ部材１２が滑ってトルク伝達を行わない構成とする。寸法公差の範囲内で形成する必要がなく、単にバネ部材が変形するに過ぎないので、上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクリミッタ機構付き歯車に関する。

従来のトルクリミッタ機構付き歯車としては、トルク伝達をする部位の嵌め合い寸法公差を吸収してトルク伝達機能を安定的に作用させる技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この技術では、内外周に二分割された歯車部材の相互間に環状摩擦伝達部材（例えばＯリング）を介在させ、トルクが所定値以上になると滑りが生じてトルク伝達を行わないものの、所定値未満ではトルク伝達を行えるように構成している。
特開２００５−３３７３３３号公報

特許文献１の技術では、内外周に二分割された歯車部材の相互間に環状摩擦伝達部材を介在させており、環状摩擦伝達部材に対応する部位の歯車部材にはＵ字状の溝を備える必要がある。環状摩擦伝達部材が弾性を有しない場合には、内周側歯車部材および外周側歯車部材は嵌め合い寸法公差の範囲内で溝を形成しなければならず、コスト高となる。

また、繰り返し使用や温度変化等の外的負荷を受けると、内周側歯車部材の外周面と外周側歯車部材の内周面との間の隙間寸法が変化する場合がある。嵌め合い寸法公差の範囲内で溝を形成できたとしても、隙間寸法の変化に伴って摩擦力も変化するので、結果としてトルク伝達するかしないかの境界点（所定値）も変化するという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、加工や形成を容易にして従来よりもコストを安く抑え、外的負荷を受けた場合でも従来よりは境界点の変化を少なく抑えたトルクリミッタ機構付き歯車を提供することを目的とする。

（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、二つの歯車部材間に介在され摩擦力によりトルク伝達を行うバネ部材と、片方の歯車部材には歯車本体の一面側に設けられた台座部と当該台座部に設けられ前記バネ部材の腕部を通すために切り欠いた切欠部とを有し、一方の歯車部材から他方の歯車部材にトルク伝達を行う場合、所定のトルク値まではトルク伝達を行い、所定のトルク値を超えると前記バネ部材が滑ってトルク伝達を行わない構成としたことを要旨とする。

解決手段１によれば、二つの歯車部材間にバネ部材を介在させて、摩擦力によりトルク伝達を行うので、寸法公差の精度を求める必要がない。よって加工や形成が容易になるので、従来よりもコストを安く抑えることができる。
また、巻き戻し方向に押されると摩擦力に抗する力として作用し、所定のトルク値まではトルク伝達を行い、所定のトルク値を超えたときにバネ部材が滑ってトルク伝達を行わない。もし外的負荷を受けた場合でも、単にバネ部材が変形するに過ぎない。仮にバネ部材が変形しても歯車部材との接触部分は従来よりも少なく、摩擦力が大きく変化することはない。よって、従来よりは所定のトルク値（境界点）の変化を少なく抑えられる。

（２）解決手段２は、解決手段１に記載したトルクリミッタ機構付き歯車であって、バネ部材は二本の腕部を備え、片方の歯車部材は前記バネ部材からそれぞれ伸びる腕部ごとに対応させて切欠部を備える構成としたことを要旨とする。

解決手段２によれば、バネ部材から伸びる二本の腕部に合わせて切欠部が設けられている。二つの歯車部材が相対的に回転すると、一方側の切欠部と腕部によってバネ部材を巻き戻し方向に押す。このことは、歯車部材の回転方向が正方向と逆方向のいずれであっても、所定のトルク値まではトルク伝達を行い、所定のトルク値を超えるとトルク伝達を行わないことを意味する。よって、正逆の両方向に回転させた場合でも、従来よりは所定のトルク値（境界点）の変化を少なく抑えられる。

（３）解決手段３は、解決手段１または２に記載したトルクリミッタ機構付き歯車であって、バネ部材は歯車本体の一面側に設けられた凸状の被取付部に対して着脱可能にコイル部を嵌め込む構成としたことを要旨とする。

特許文献１の技術では内周側歯車部材の外周面に対して環状摩擦伝達部材を嵌め込み、さらに外周側歯車部材を嵌め合わせる必要がある。これに対して解決手段３によれば、歯車本体の一面側に設けられた凸状の被取付部に対して、バネ部材のコイル部を着脱可能に嵌め込めばよい。取り付けや取り外しの作業に手間がかからないので、組み立てを簡易化することができ、結果としてコストを安く抑えることができる。また、着脱が容易に行えるので、経年劣化等で交換する必要性が生じた場合もすぐにバネ部材の交換が行える。

（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載したトルクリミッタ機構付き歯車であって、遊び量に応じて切欠部の長さを設定する構成としたことを要旨とする。

バネ部材は取り付けられた歯車部材とともに動くものの、腕部が切欠部の一端に当たるまで摩擦力とは無関係な遊びとなる。解決手段４によれば、切欠部の長さをどれだけに設定するかで、使用目的等に応じて適切な遊び量を調整することができる。

本発明によれば、加工や形成を容易にして従来よりもコストを安く抑えることができ、外的負荷を受けた場合でも従来よりは所定のトルク値の変化を少なく抑えられる。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、上下左右等の方向をいう場合には各図の記載に従う。

まず本発明にかかるトルクリミッタ機構付き歯車（以下では簡単のために単に「機構歯車」と呼ぶ。）の構成例について、斜視図を図１に表し、分解側面図を図２に表す。これらの図に表す機構歯車１０は、電気機器（例えばプロジェクタやデジタルカメラ等）に組み込まれた所定の部材（例えばスライドするレンズカバーや開閉するシャッター等）を作動させる際にトルク伝達機構として機能する。また、片方の歯車部材にかかる構成例については、斜視図を図３（Ａ）に表し、底面図を図３（Ｂ）に表す。

機構歯車１０は、二つの歯車部材１１，１３やバネ部材１２などを有する。一方の歯車部材１１は、歯部１１ａ，被取付部１１ｂ，貫通孔１１ｃなどを有する。歯部１１ａは、他の歯車部材に形成された歯部と噛み合う。被取付部１１ｂは、歯車本体の一面側（具体的には軸中心）に設けられた凸状部位（突起）である。貫通孔１１ｃは歯車本体および被取付部１１ｂを貫通し、歯車部材１１が回転自在に軸支されるための孔である。

他方の歯車部材１３は「片方の歯車部材」に相当し、大別すると台座部１３ａおよび歯部１３ｂからなる。歯部１３ｂは、歯部１１ａと同様に他の歯車部材に形成された歯部と噛み合う。この歯部１３ｂには、歯車部材１３が歯車部材１１とともに回転自在に軸支されるための貫通孔１３ｄを有する。台座部１３ａは歯部１３ｂを支える台座であって、切欠部１３ｃや収容部１３ｅ（図３を参照）などを有する。収容部１３ｅは周縁を起立させて歯部１３ｂ側に凹状に形成され、被取付部１１ｂの一部およびバネ部材１２を収容可能な空間を有する。図３（Ｂ）に表す段差部１３ｆは収容部１３ｅよりも台座部１３ａ側に対して段差状に凹ませた部位であって、被取付部１１ｂの残り（例えば端部）を収容可能な空間を有する。切欠部１３ｃは収容部１３ｅの周縁を切り欠いた部位であって、バネ部材１２の腕部１２ａ，１２ｃを通す目的に用いる。切欠部１３ｃの長さＬは、遊び量に応じて適切な値を設定する。

バネ部材１２は二つの歯車部材１１，１３間に介在され、被取付部１１ｂとの間に生じる摩擦力によってトルク伝達を行う役割を果たす。このバネ部材１２には、例えばコイル状に捲かれたコイル部１２ｂと、当該コイル部１２ｂの両端部から伸びる腕部１２ａ，１２ｃとを有する「ねじりコイルばね」を用いる（図２を参照）。コイル部１２ｂの内径と被取付部１１ｂの外径とは、これらの間で生じさせる摩擦力の大きさに従って設定する。通常は、コイル部１２ｂの内径を被取付部１１ｂの外径と同じかやや小さく設定する。

上述した歯車部材１１，１３およびバネ部材１２は、次のように組み付けを行うと図１に表す機構歯車１０のようになる。すなわち図２に表すように、まず歯車部材１１の被取付部１１ｂに対してバネ部材１２のコイル部１２ｂを嵌め入れる（矢印Ｄ１）。次に、バネ部材１２の腕部１２ａ，１２ｃを切欠部１３ｃに通し、かつ被取付部１１ｂおよびバネ部材１２を覆うように歯車部材１３を被取付部１１ｂに嵌め入れる（矢印Ｄ２）。

次に、上述のように構成された機構歯車１０を用いてトルク伝達を行う例について、図４と図５を参照しながら説明する。図４には、機構歯車１０を有する駆動装置の構成例を平面図で表す。図５は、図４に表す一部の歯車を抜き出して、一方の歯車部材（歯車部材１１）から他方の歯車部材（歯車部材１３）へのトルク伝達を説明するための斜視図である。なお、図５では各歯車部材の姿勢（回転位置）を分かり易くするため、実際には無い目印Ｐ１，Ｐ２を付加している。また、歯車部材１３の歯部１３ｂは別個に軸支された歯車部材２５の歯部２５ａと噛み合い、かつ歯車部材２５は何らかの要因（例えばスライド部材２６が引っ掛かって動かない等）によって回転不能になっている（すなわち目印Ｐ２の位置が変化しない）と仮定する。

図４に表す駆動装置２０は、上述した機構歯車１０のほか、動力源としてのモータ２１や、歯車部材２２，２３，２４，２５などを有する。歯車部材２３はモータ２１の主軸に固定され、その他の歯車部材２２，２４，２５は各々別個に設けられた軸部材に軸支されている。モータ２１で発生したトルク（回転力）は、歯車部材２３→歯車部材２２→歯車部材２４→機構歯車１０→歯車部材２５の順番でトルク伝達が行われる。そして最終的には、歯車部材２５（ピニオン）と噛み合うスライド部材２６（ラック）に伝達され、スライド部材２６をスライド移動させる。例えばモータ２１を矢印Ｄ３方向（右回転）させると、上記トルク伝達が行われて、スライド部材２６は矢印Ｄ４方向（下方向）に移動する。これに対して、モータ２１を矢印Ｄ３方向とは逆方向に回転させると、結果的にスライド部材２６もまた矢印Ｄ４方向とは逆方向に移動する。

歯車部材１１から歯車部材１３に行うトルク伝達について、図５を参照しながら説明する。まず、機構歯車１０は図５（Ａ）に表す状態（姿勢）にあり、モータ２１から伝達された回転力に従って歯車部材１１が矢印Ｄ５方向（左回り）に回転すると仮定する。この状態で歯車部材１１が矢印Ｄ５方向に回転すると、被取付部１１ｂに嵌められたバネ部材１２もまた腕部１２ａ，１２ｃが切欠部１３ｃの開口する範囲内にある限り回転してゆき、例えば図５（Ｂ）のようになる。

図５（Ｂ）には、一方の腕部（図の例では腕部１２ａ）が切欠部１３ｃの端に当たって止まっている状態を表す。この状態でさらに歯車部材１１が矢印Ｄ５方向に回転してゆくと、切欠部１３ｃの端が一方の腕部を巻き戻し方向に押すように変形させ、歯車部材１３（ひいてはこれと噛み合う歯車部材２５）を回転させようとする。ところが、歯車部材２５の制止する力が摩擦力を上回っている場合には、バネ部材１２の状態（姿勢）は変わらないまま、図５（Ｂ）から図５（Ｃ）のように歯車部材１１のみが回転して目印Ｐ１が変位する。すなわち一方の腕部が巻き戻し方向に押されて変形しても、コイル部１２ｂが被取付部１１ｂを滑るため、トルク伝達が行われない。

なお、歯車部材２５がフリーに回転可能な場合や、歯車部材２５を制止させる力が摩擦力を下回る場合は、いずれもトルク伝達が行われて矢印Ｄ６方向（右回り）に回転する。したがって、図４に表す駆動装置２０に適用した場合には、スライド部材２６をスライド移動させることができる。

上述した実施の形態によれば、以下に表す各効果を得ることができる。
（１）二つの歯車部材１１，１３間にバネ部材１２を介在させて、摩擦力によりトルク伝達を行う構成としたので（図１，図５を参照）、寸法公差の精度を求める必要がない。よって加工や形成が容易になるので、従来よりもコストを安く抑えることができる。
また、バネ部材１２は巻き戻し方向に押されると摩擦力に抗する力として作用し、摩擦力（「所定のトルク値」に相当する；境界点）まではトルク伝達を行い、摩擦力を超えたときにバネ部材１２が滑ってトルク伝達を行わない（図５（Ｂ）から図５（Ｃ）への変化を参照）。もし外的負荷を受けた場合でも、単にバネ部材１２が変形するに過ぎない。仮にバネ部材１２が変形した場合でも歯車部材１１，１３との接触部分は従来よりも少なく、摩擦力が大きく変化することはない。よって、従来よりは所定のトルク値の変化を少なく抑えられる。

（２）バネ部材１２から伸びる二本の腕部１２ａ，１２ｃに合わせて切欠部１３ｃを設ける構成とした（図１〜図３を参照）。二つの歯車部材１１，１３が相対的に回転すると、一方側の切欠部１３ｃと腕部１２ａ，１２ｃによってバネ部材１２を巻き戻し方向に押す。このことは、歯車部材１１，１３の回転方向が正方向と逆方向のいずれであっても、摩擦力まではトルク伝達を行い、摩擦力を超えるとトルク伝達を行わないことを意味する。よって、正逆の両方向に回転させた場合でも、従来よりは所定のトルク値の変化を少なく抑えられる。

（３）歯車部材１１における歯車本体の一面側に設けられた凸状の被取付部１１ｂに対して、バネ部材１２のコイル部１２ｂを着脱可能に嵌め込める構成とした（図２を参照）。取り付けや取り外しの作業に手間がかからないので、組み立てを簡易化することができ、結果としてコストを安く抑えることができる。また、着脱が容易に行えるので、経年劣化等で交換する必要性が生じた場合もすぐにバネ部材１２の交換が行える。

（４）腕部１２ａ，１２ｃが切欠部１３ｃの端に当たらず自在に動き得る遊び量に応じて、切欠部１３ｃの長さＬを設定する構成とした（図３を参照）。切欠部１３ｃの長さＬをどれだけに設定するかで、使用目的等に応じて適切な遊び量を調整することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

（１）上述した実施の形態では、トルクリミッタ機構付き歯車（機構歯車１０）を電気機器に組み込まれた所定の部材を作動させる際にトルク伝達機構として機能させる例について適用した。この形態に代えて、電気機器以外の機器や装置（例えば輸送機器など）に組み込まれた所定の部材を作動させる際にトルク伝達機構として機能させてもよい。単に機器や装置が変わるだけに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

（２）上述した実施の形態では、バネ部材１２には二本の腕部１２ａ，１２ｃを備えた（図２を参照）。この形態に代えて、一本の腕部のみを備えてもよく、三本以上の複数本を備えてもよい。一本の腕部のみを備えた場合には、歯車部材１１が一方向（例えば図５に表す矢印Ｄ５方向）に回転するとバネ部材１２を巻き込み方向に押してトルク伝達するが、逆方向に回転するとバネ部材１２を巻き戻し方向に押すために摩擦力以上のトルクを伝達しない。したがって、一方向のみのリミット機構を有したトルク伝達に利用することができる。三本以上の複数本を備えた場合は、腕部１２ａ，１２ｃを備えたと同様に作用し、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

（３）上述した実施の形態では、バネ部材１２は歯車部材１１の被取付部１１ｂに対して着脱可能にコイル部１２ｂを嵌め込み、コイル部１２ｂの内径と被取付部１１ｂの外径とによって摩擦力の大きさを設定した。この形態に代えて、摩擦力の大きさを可変して設定できるような構成としてもよい。例えば被取付部１１ｂの端から付け根に向かって複数のスリットを並行状に形成し、調整部材（例えばネジ等）によって外径を拡大縮小が可能に構成する。コイル部１２ｂの内径が変化しないと仮定すると、被取付部１１ｂの外径を調整することで摩擦力を目的の大きさに設定することができる。したがって、この摩擦力に対応する所定のトルク値を適切に設定できるようになる。

トルクリミッタ機構付き歯車の構成例を表す斜視図である。 トルクリミッタ機構付き歯車の構成例を表す分解側面図である。 歯車部材の構成例を表す図である。 駆動装置の構成例を表す平面図である。 一方の歯車部材から他方の歯車部材へのトルク伝達を説明する図である。

符号の説明

１０ 機構歯車（トルクリミッタ機構付き歯車）
１１ 歯車部材
１１ａ 歯部
１１ｂ 被取付部
１１ｃ 貫通孔
１２ バネ部材
１２ａ，１２ｃ 腕部
１２ｂ コイル部
１３ 歯車部材
１３ａ 台座部
１３ｂ 歯部
１３ｃ 切欠部
１３ｄ 貫通孔
１３ｅ 収容部
１３ｆ 段差部
２０ 駆動装置
２１ モータ
２２，２３，２４，２５ 歯車部材
２６ スライド部材
Ｌ 長さ
Ｐ１，Ｐ２ 目印

Claims (4)

1. 二つの歯車部材間に介在され、摩擦力によりトルク伝達を行うバネ部材と、
   片方の歯車部材には、歯車本体の一面側に設けられた台座部と、当該台座部に設けられ前記バネ部材の腕部を通すために切り欠いた切欠部とを有し、
   一方の歯車部材から他方の歯車部材にトルク伝達を行う場合、所定のトルク値まではトルク伝達を行い、所定のトルク値を超えると前記バネ部材が滑ってトルク伝達を行わない構成としたトルクリミッタ機構付き歯車。
2. 請求項１に記載したトルクリミッタ機構付き歯車であって、
   バネ部材は二本の腕部を備え、
   片方の歯車部材は、前記バネ部材からそれぞれ伸びる腕部ごとに対応させて切欠部を備える構成としたトルクリミッタ機構付き歯車。
3. 請求項１または２に記載したトルクリミッタ機構付き歯車であって、
   バネ部材は、歯車本体の一面側に設けられた凸状の被取付部に対して着脱可能にコイル部を嵌め込む構成としたトルクリミッタ機構付き歯車。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載したトルクリミッタ機構付き歯車であって、
   遊び量に応じて切欠部の長さを設定する構成としたトルクリミッタ機構付き歯車。

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