JP2023155613A - トルクリミッタおよびトルクリミッタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】回転伝達中に入力側の回転方向が切り替わったときも回転伝達遅れを生じないトルクリミッタを提供する。【解決手段】外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリット１１ａを設けた外筒１１と、外筒１１の径方向内側に配される内輪１２とを備え、外筒１１のスリット１１ａに収納した係合子としてのころ１３を、外筒１１の外周面に被せられるＣ形板ばね１４で内輪１２の外周円筒面に設けた軸方向溝１２ａに押し付け、外筒１１に所定の設定トルク以下のトルクが加えられたときは、ころ１３を介して内輪１２に回転伝達し、設定トルクを超えるトルクが加えられたときには、ころ１３がＣ形板ばね１４の押圧力に抗して内輪１２の軸方向溝１２ａから外れ、回転伝達を行わないものとすることにより、回転伝達中に外筒１１の回転方向が切り替わっても回転伝達遅れが生じないようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、入力されるトルクが設定トルク以下のときは回転を伝達し、設定トルクを超えると回転を伝達しなくなるトルクリミッタ、およびそのトルクリミッタと逆入力防止クラッチを組み合わせたトルクリミッタユニットに関する。

トルクリミッタは、二つの回転部材の間に介装され、その一方の回転部材から入力されるトルクが設定トルク以下のときは他方の回転部材に回転を伝達し、入力されるトルクが設定トルクを超えると回転を伝達しなくなる装置であり、その一つの方式として、Ｃ形板ばね（板材をＣ形に湾曲させた形態のばね）を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１で提案されているトルクリミッタは、外筒にその外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリットを設けて、そのスリットに第１のニードルローラを遊嵌するとともに、外筒の内側に配される内輪の外周面に軸方向溝を設けて、その軸方向溝に第２のニードルローラの一部を嵌め込み、外筒の外周面に被せられたＣ形板ばねで、第１のニードルローラを径方向内側に押圧して内輪の外周面に押し付ける構成となっている。

この構成では、外筒と内輪のうちの一方（入力側）にトルクが加えられると、まず、第１のニードルローラが外筒とともに内輪に対して周方向に相対移動し、第２のニードルローラに接触する。このときに、外筒または内輪に加えられたトルクが所定の設定トルク以下の場合は、両ニードルローラを介して外筒と内輪のうちの他方（出力側）に回転が伝達され、設定トルクを超えるトルクが加えられた場合には、第１のニードルローラがＣ形板ばねの押圧力に抗してＣ形板ばねを押し上げながら第２のニードルローラを乗り越えるようになり、回転伝達は行われない。

一方、逆入力防止クラッチは、入力部材に入力トルクが加えられたときは、その回転を出力部材に伝達し、出力部材に逆入力トルクが加えられたときは、入力部材が回転しないようにする装置であり、その一つの方式として、逆入力トルクに対して出力部材をロックさせるもの（以下、この方式を「ロック式」と称する。）がある（例えば、特許文献２参照。）。

ロック式の逆入力防止クラッチは、一般に、同一軸心のまわりに回転する入力部材および出力部材と、出力部材の径方向外側に配される固定部材と、出力部材に逆入力トルクが加えられたときに出力部材を固定部材と係合させてロックするロック手段と、入力部材に入力トルクが加えられたときにロック手段による出力部材と固定部材のロック状態を解除するロック解除手段と、そのロック状態が解除されているときに入力部材に加えられる入力トルクを出力部材に伝達するトルク伝達手段とで構成されている。

特開平１０－８９３７６号公報 特許第６６３３２７７号公報

ところで、上記特許文献１のトルクリミッタでは、外筒と内輪のうちの入力側に加えられるトルクが設定トルク以下でも、第１のニードルローラが第２のニードルローラに接触するまでは内輪に対して周方向に相対移動するので、その間は出力側に回転が伝達されない。このため、入力側の回転方向が正転と逆転に切替可能となっている場合には、入力側から出力側への回転伝達中に入力側の回転方向を切り替えたときに、毎回かなり大きい回転伝達遅れ（「バックラッシュ」と呼ばれることもある）が生じるという問題がある。

一方、上述したようなロック式の逆入力防止クラッチでは、出力部材に過大な逆入力トルクが加えられた場合に、出力部材と固定部材との係合部に加わる面圧が大きくなり、その係合部に塑性変形等が生じることがある。

そこで、本発明は、回転伝達中に入力側の回転方向が切り替わったときも回転伝達遅れを生じないトルクリミッタを提供することを第１の課題とする。また、ロック式の逆入力防止クラッチにおける出力部材と固定部材との係合部の損傷等を防止することを第２の課題とする。

上記第１の課題を解決するため、本発明のトルクリミッタは、外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリットが少なくとも一つ設けられた外筒と、前記外筒の径方向内側に配されて外筒と相対回転自在に支持される内輪と、前記外筒のスリットに収納される係合子と、前記外筒の径方向外側に配置される付勢部材とを備え、前記係合子は、前記外筒のスリットから径方向外側および径方向内側に一部を突出させた状態で保持され、前記内輪は、その外周の円筒面に前記係合子が嵌まり込む軸方向溝が少なくとも一つ設けられ、前記付勢部材は、前記係合子を径方向内側に押圧して前記内輪の軸方向溝に押し付けており、前記外筒と内輪のうちの一方に所定の設定トルク以下のトルクが加えられたときは、前記係合子を介して前記外筒と内輪のうちの他方に回転が伝達され、前記外筒と内輪のうちの一方に前記設定トルクを超えるトルクが加えられたときには、前記係合子が前記付勢部材の押圧力に抗して前記内輪の軸方向溝から外れ、前記外筒と内輪のうちの他方へ回転が伝達されない構成とした。

ここで、前記付勢部材は、前記外筒の外周面に被せられ、自然状態よりも拡径した状態で前記係合子を径方向内側に押圧して前記内輪の軸方向溝に押し付けるＣ形板ばねを使用することができる。

また、本発明のトルクリミッタは、外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリットが少なくとも一つ設けられた外筒と、前記外筒の径方向外側に配されて外筒と相対回転自在に支持される外輪と、前記外筒のスリットに収納される係合子と、前記外筒の径方向内側に配置される付勢部材とを備え、前記係合子は、前記外筒のスリットから径方向外側および径方向内側に一部を突出させた状態で保持され、前記外輪は、その内周の円筒面に前記係合子が嵌まり込む軸方向溝が少なくとも一つ設けられ、前記付勢部材は、前記係合子を径方向外側に押圧して前記外輪の軸方向溝に押し付けており、前記外筒と外輪のうちの一方に所定の設定トルク以下のトルクが加えられたときは、前記係合子を介して前記外筒と外輪のうちの他方に回転が伝達され、前記外筒と外輪のうちの一方に前記設定トルクを超えるトルクが加えられたときには、前記係合子が前記付勢部材の押圧力に抗して前記外輪の軸方向溝から外れ、前記外筒と外輪のうちの他方へ回転が伝達されない構造とすることもできる。

ここで、前記付勢部材は、前記外筒の径方向内側に収納され、自然状態よりも収縮した状態で前記係合子を径方向外側に押圧して前記外輪の軸方向溝に押し付けるコイルばねを使用することができる。

上記構成のトルクリミッタでは、外筒と内輪（または外輪）のうちの一方（入力側）に加えられるトルクが設定トルク以下のときは、係合子が内輪（または外輪）の軸方向溝に嵌まり込んだ状態で外筒と内輪（または外輪）のうちの他方（出力側）への回転伝達が行われるので、入力側から出力側への回転伝達中に入力側の回転方向が切り替わっても回転伝達遅れは生じない。

ここで、前記係合子としては、ころ、鋼球、セラミックボールのうちのいずれかを使用することができる。

また、前記内輪（または外輪）の軸方向溝に嵌まり込んだ係合子の中心から係合子の軸方向溝との接触位置に向かう直線と、前記係合子の中心から内輪（または外輪）の中心に向かう方向に直交する直線とのなす角度（以下、「接触角」と称する。）は、１０～４５°に設定することが望ましい。

この接触角について、外筒と内輪を備えた構成の場合で説明する。後述する本発明の実施形態を説明する図５に示すように、回転伝達時の係合子は内輪の軸方向溝の両縁部に接触している。この状態で外筒にトルクが加えられたときの係合子に係る力のつり合いを考える。
ここで、外筒のスリットの側面が係合子を押す力をＡ、その力Ａの方向と係合子の中心から内輪の中心に向かう直線（以下、「Ｙ軸」と称する。）に直交する直線（以下、「Ｘ軸」と称する。）とのなす角度をθ、前記接触角をα、係合子が内輪の軸方向溝の一方の縁部を押す力の反力をＢとすると、Ｘ軸方向の力のつり合いは次式で表される。
Ａ×cosθ＝Ｂ×cosα ・・・（１）
また、トルクリミッタが作動するとき、すなわち係合子がＹ軸方向外側に移動するときには、スリットの側面と係合子との間に摩擦力が作用するので、その摩擦係数をμとすると、係合子は次式で表される力ＹでＣ形板ばねをＹ軸方向に押すことになる。
Ｙ＝Ａ×sinθ＋Ｂ×sinα－μ×Ａ×cosθ ・・・（２）
この（２）式に（１）式を代入すると次式を得る。
Ｙ＝Ａ×（sinθ＋cosθ×tanα－μ×cosθ） ・・・（３）
そして、Ｃ形板ばねが係合子をＹ軸方向に押す力をＣとすると、Ｃ≧Ｙであれば、係合子が内輪の軸方向溝に収まった状態で入力側から出力側に回転が伝達されることになる。一方、Ｃ＜Ｙとなると、係合子はＣ形板ばねを押し上げて軸方向溝から外れ、内輪の外周面上を滑りながら転動し、次に軸方向溝に入り込んだときもＣ＜Ｙであれば、再び軸方向溝から外れて転動することを繰り返すので、入力側から出力側への回転伝達は行われない。

（３）式から、接触角αが大きいほど、Ｙが大きくなるので、小さい入力トルクで係合子が内輪の軸方向溝から外れるようになり、トルクリミッタの動作が不安になりやすい。また、接触角αを小さくするほど、Ｙが小さくなるので、トルクリミッタの設定トルクを大きくするには有利であるが、接触角αを小さくしすぎると（例えば０°近くまで小さくすると）、（３）式から摩擦係数μの影響が大きくなり、トルクリミッタの動作が不安定になる。そこで、接触角αの大きさとトルクリミッタの挙動の関係を実験等によって調査した結果、接触角αが１０～４５°の範囲であれば、係合子が安定して内輪の軸方向溝から外れることにより、トルクリミッタ全体の動作も安定したものになるという知見を得たのである。

また、前記外筒のスリットの係合子との接触面は、径方向断面において、前記スリットが前記内輪または外輪の軸方向溝に臨む側で広がるように傾斜している構成とすることもできる。このようにすれば、スリットを径方向に一定幅で形成した場合に比べて、係合子がＣ形板ばねまたはコイルばねを押す力が小さくなり、Ｃ形板ばねまたはコイルばねのばね力を小さく設定することができる。

また、前記外筒のスリットの係合子との接触面が、径方向断面において、前記係合子の周方向両側で互いに異なる角度で傾斜している構成とすれば、トルクリミッタの設定トルクを回転方向によって異なるものとすることができる。

また、上記第２の課題を解決するため、本発明は、上記構成のトルクリミッタと、同一軸心のまわりに回転する入力部材および出力部材と、前記出力部材の径方向外側に配される固定部材と、前記出力部材に逆入力トルクが加えられたときに前記出力部材を固定部材と係合させてロックするロック手段と、前記入力部材に入力トルクが加えられたときに前記ロック手段による出力部材と固定部材のロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除されているときに前記入力部材に加えられる入力トルクを出力部材に伝達するトルク伝達手段を備えた逆入力防止クラッチとからなり、前記逆入力防止クラッチの出力部材が前記トルクリミッタの外筒と内輪のいずれか一方、または外筒と外輪のいずれか一方に相対回転不能に連結されており、前記トルクリミッタの設定トルクが前記逆入力防止クラッチの許容トルクよりも小さいトルクリミッタユニットを提供する。

すなわち、ロック式の逆入力防止クラッチの出力部材を上記構成のトルクリミッタの外筒と内輪（または外輪）のいずれか一方に相対回転不能に連結してトルクリミッタユニットを構成し、そのトルクリミッタの設定トルクを逆入力防止クラッチの許容トルクよりも小さく設定することにより、トルクリミッタの出力側に逆入力防止クラッチの許容トルクを超える過大な逆入力トルクが加えられても、その逆入力トルクはトルクリミッタで遮断されて逆入力防止クラッチの出力部材に伝達されず、その出力部材と固定部材との係合部の塑性変形を防止できるようにしたのである。

ここで、前記トルクリミッタの使用最大トルク（使用時に負荷されると想定されるトルクの最大値）を前記逆入力防止クラッチの許容トルクよりも小さく設定すれば、トルクリミッタの出力側に使用最大トルク以下で設定トルクを超える衝撃的な過大トルクが加えられて、係合子が内輪（または外輪）の軸方向溝から外れるまでのわずかな間に、その過大トルクが逆入力防止クラッチの出力部材に伝達された場合でも、その出力部材と固定部材との係合部の損傷等を確実に防止することができる。

また、前記逆入力防止クラッチのロック手段が、前記固定部材の内周に円筒面を設け、前記出力部材の外周に複数のカム面を設けて、前記固定部材の内周円筒面と出力部材の各カム面との間に周方向の少なくとも一側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に組み込んだ係合子を弾性部材で楔形空間の狭小部へ押し込んでいるものである場合は、前記各楔形空間に組み込んだ係合子の前記出力部材のカム面との接点における接線と、前記各楔形空間に組み込んだ係合子の前記固定部材の内周円筒面との接点における接線とがなす角度（以下、「楔角」と称する。）を６～１２°に設定することが望ましい。

すなわち、上記のようなロック手段を有する逆入力防止クラッチでは、出力部材に逆入力トルクが加わった際に、係合子が楔形空間内で固定部材および出力部材と係合してロックするまでに出力部材がわずかな角度（遅れ角）だけ回転し、その遅れ角は前記楔角が大きいほど大きくなる。一方、楔角は、入力部材から出力部材にスムーズに回転伝達するために、一般に１２°以下とされている（例えば、特許第４８７３８６９号公報参照。）。したがって、楔角を１２°以下でなるべく大きく、好ましくは６°以上に設定して、遅れ角を大きくすることにより、トルクリミッタの出力側に衝撃的な過大トルクが加えられた際に、わずかな間だけ逆入力防止クラッチの出力部材に伝達される過大トルクを逃し、出力部材と固定部材との係合部の損傷等を生じにくくすることができる。

本発明のトルクリミッタは、上述したように、外筒のスリットに収納した係合子をＣ形板ばね（またはコイルばね）で内輪（または外輪）の軸方向溝に押し付け、設定トルク以下のトルクが加えられたときは係合子を介して回転伝達し、設定トルクを超えるトルクが加えられたときには、係合子が内輪（または外輪）の軸方向溝から外れて回転伝達しないようにしたものであるから、回転伝達中に入力側の回転方向が切り替わったときにも回転伝達遅れを生じず、安定した回転伝達動作を行うことができる。

また、本発明のトルクリミッタユニットは、ロック式の逆入力防止クラッチの出力部材を上記構成のトルクリミッタの外筒と内輪（または外輪）のいずれか一方に相対回転不能に連結して、そのトルクリミッタの設定トルクを逆入力防止クラッチの許容トルクよりも小さく設定したものであるから、トルクリミッタの出力側に逆入力防止クラッチの許容トルクを超える過大な逆入力トルクが加えられても、逆入力防止クラッチの出力部材と固定部材との係合部の損傷等を防止することができる。

本発明の第１実施形態のトルクリミッタを組み込んだトルクリミッタユニットの縦断正面図 図１のトルクリミッタの分解斜視図 図１のIII－III線に沿った断面図 図１のIV－IV線に沿った断面図 図３に対応してトルクリミッタのころ（係合子）に係る力のつり合いを説明する拡大断面図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図５に対応してトルクリミッタの内輪の軸方向溝の変形例を示す拡大断面図 図５に対応して外筒のスリットの断面形状の変形例を示す拡大断面図 図５に対応して外筒のスリットの断面形状の別の変形例を示す拡大断面図 図４に対応して逆入力防止クラッチの楔角を説明する拡大断面図 本発明の第２実施形態のトルクリミッタを組み込んだトルクリミッタユニットの縦断正面図 図１０のXI－XI線に沿った断面図

以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。図１乃至図９は本発明の第１実施形態のトルクリミッタユニット１を示す。このトルクリミッタユニット１は、図１に示すように、トルクリミッタ１０をロック式の逆入力防止クラッチ２０の出力側に連結したものである。

トルクリミッタ１０は、図１乃至図３に示すように、外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリット１１ａが２つ設けられた外筒１１と、外筒１１の径方向内側に配されて外筒１１と相対回転自在に支持される内輪１２と、外筒１１の各スリット１１ａにそれぞれ収納される係合子であるころ１３と、外筒１１の外周面に被せられるＣ形板ばね１４と、外筒１１を逆入力防止クラッチ２０に連結する連結部材１５とを備えている。そのころ１３は、それぞれ外筒１１のスリット１１ａから径方向外側および径方向内側に一部を突出させた状態で保持されるようになっている。

外筒１１は、トルクリミッタ１０の入力側となる円筒状の部材であり、外周面の軸方向中央部に周方向のほぼ全域にわたる凹部１１ｂが形成され、その凹部１１ｂの底面に前述の２つのスリット１１ａが軸心を挟んで対向するように設けられている。そして、その凹部１１ｂにＣ形板ばね１４が軸方向および周方向の移動を規制された状態で嵌まり込むようになっている。また、外筒１１の一端部（逆入力防止クラッチ２０と対向する側の端部）には、後述するように連結部材１５と係合するための２つの切欠き１１ｃが軸心を挟んで対向するように設けられ、他端部には内輪１２を抜け止めする内向きフランジ１１ｄが設けられている。

内輪１２は、トルクリミッタ１０の出力側となる部材であり、その一端面から他端面に向かって段階的に小径となるように形成されている。そして、外筒１１の径方向内側に配される一端側大径部の外周の円筒面に、ころ１３が嵌まり込む２つの軸方向溝１２ａが軸心を挟んで対向するように設けられている。また、内輪１２の一端面には内輪１２を回転自在に支持するための軸穴１２ｂが設けられており、外筒１１の他端から突出する部位の外周面には、図示省略した外部の回転部材に回転を伝達するための二面幅部１２ｃが形成されている。

Ｃ形板ばね１４は、自然状態よりも拡径した状態で前述のように外筒１１の凹部１１ｂに嵌まり込み、外筒１１の各スリット１１ａに収納されたころ１３を押圧して内輪１２の軸方向溝１２ａに押し付けている。

ここで、図５に示すように、Ｃ形板ばね１４に押圧されたころ１３は内輪１２の軸方向溝１２ａの両縁に接触しており、その接触角αは１０～４５°に設定されている。

なお、内輪１２の軸方向溝１２ａは、この図５（および図３）の例ではころ１３の半径よりも小さい曲率半径の単一の円弧面からなるものとしたが、図６（ａ）に示すように、ころ１３の半径よりも大きい曲率半径の２つの円弧面からなるものとしたり、図６（ｂ）に示すように、３つの平面からなるものとしたりすることもできる。図６（ａ）、（ｂ）の変形例では、ころ１３が軸方向溝１２ａの両縁よりも内側の部位に接触しているが、これらの場合も接触角αは１０～４５°に設定すればよい。

連結部材１５は、環状の部材であり、その軸心に対して対称な位置に径方向外側に突出する２つの突起１５ａを有し、内周面に二面幅部１５ｂが形成されている。そして、各突起１５ａがそれぞれ外筒１１の一端部の切欠き１１ｃに嵌まり込んで、二面幅部１５ｂで逆入力防止クラッチ２０から伝達された回転を突起１５ａから外筒１１に伝達するようになっている。

このトルクリミッタ１０では、逆入力防止クラッチ２０から外筒１１にトルクが加えられると、ころ１３が外筒１１のスリット１１ａの側面から力を受けてＣ形板ばね１４を径方向外側へ押す。このとき、外筒１１に加えられるトルクが所定の設定トルク以下の場合は、ころ１３がＣ形板ばね１４を押す力ＹはＣ形板ばね１４がころ１２を径方向内側に押圧する力Ｃ以下（Ｃ≧Ｙ）となるので、ころ１３は内輪１２の軸方向溝１２ａに収まった状態で保持され、ころ１３を介して内輪１２に回転が伝達される。したがって、回転伝達中に逆入力防止クラッチ２０の回転方向が切り替わっても、回転伝達遅れは生じない。

また、外筒１１に加えられるトルクが設定トルクを超える場合には、ころ１３がＣ形板ばね１４を押す力ＹはＣ形板ばね１４がころ１２を押圧する力Ｃより大きくなり（Ｃ＜Ｙ）、ころ１３はＣ形板ばね１４を押し上げて軸方向溝１２ａから外れ、内輪１２の外周面上を滑りながら転動するようになる。そして、ころ１３が次に軸方向溝１２ａに入り込んだときもＣ＜Ｙであれば、ころ１３は再び軸方向溝１２ａから外れて転動することを繰り返すので、回転伝達は行われない。

同様に、外部の回転部材から内輪１２に逆入力トルクが加えられる場合も、その逆入力トルクが設定トルク以下の場合は外筒１１に回転を伝達し、設定トルクを超える場合には回転伝達を行わない。

ここで、図５で示すように、外筒１１のスリット１１ａの側面がころ１３を押す力をＡとすると、ころ１３がＣ形板ばね１４を押す力Ｙは、前述のように、Ａ×（sinθ＋cosθ×tanα－μ×cosθ）となる（μはスリット１１ａの側面ところ１３との間の摩擦係数）。そして、このトルクリミッタ１０では、接触角αを１０～４５°に設定しているので、ころ１３が安定して内輪１２の軸方向溝１２ａから外れ、トルクリミッタ１０全体の動作も安定したものとなっている。

また、外筒１１のスリット１１ａは、図３、図５、図６に示した例では径方向に一定幅で（収納するころ１３との接触面がころ１３の中心から内輪１２の中心に向かう方向と平行となるように）形成したが、図７に示す変形例のように、ころ１３との接触面を、径方向断面において、スリット１１ａが内輪１２の軸方向溝１２ａに臨む側で広がるように傾斜させることもできる。このようにすれば、スリット１１ａを径方向に一定幅で形成した場合に比べて、ころ１３がＣ形板ばね１４を押す力Ｙが小さくなり、Ｃ形板ばね１４のばね力を小さく設定することができる。

また、図８に示す外筒１１のスリット１１ａの変形例は、図７の変形例をベースとして、ころ１３との接触面のうち、図面右側の接触面を、図面左側の接触面の傾斜角度よりも小さい傾斜角度で傾斜させたものである。このようにスリット１１ａのころ１３との接触面を、径方向断面において、ころ１３の左右（周方向両側）で互いに異なる角度で傾斜させると、トルクリミッタ１０の設定トルクを回転方向によって異なるものとすることができる。

次に、上述したトルクリミッタ１０に連結される逆入力防止クラッチ２０について説明する。この逆入力防止クラッチ２０は、図１および図４に示すように、入力軸（入力部材）２１と、出力軸２２と内輪２３が一体形成された出力部材２４と、内輪２３の径方向外側に配される外輪（固定部材）２５が一体形成されたハウジング２６と、ハウジング２６の一端に取り付けられる押え蓋２７と、内輪２３と外輪２５の間に挿入される２本の柱部２８ａを有する保持器２８と、保持器２８の両柱部２８ａ間に組み込まれる複数のローラ（係合子）２９と、内輪２３と外輪２５の間でローラ２９の配列に沿って延びるように配置される２つのＣ形ばね（弾性部材）３０とを備えている。

入力軸２１は、外周面に二面幅部２１ａが設けられた部位が内輪２３の中央に設けられた係合穴２３ａに挿入されるとともに、先端小径部２１ｂが出力軸２２の端面中央に設けられた軸穴２２ａに嵌めこまれて、出力部材２４（内輪２３および出力軸２２）と同一軸心のまわりに回転するようになっている。また、内輪２３の係合穴２３ａは入力軸２１の二面幅部２１ａと僅かな回転方向隙間が生じるように形成されており、入力軸２１の回転が僅かな角度遅れをもって出力部材２４に伝達されるようになっている。

出力軸２２は、後述するようにトルクリミッタ１０と連結するために、ハウジング２６から突出する部位の外周面に二面幅部２２ｂが形成され、その突出部の先端に小径部２２ｃが設けられている。

ハウジング２６は、一端のフランジの外周縁に複数の切欠き２６ａが形成されており、これらの切欠き２６ａに押え蓋２７の外周縁に形成された爪２７ａを嵌め込んで折り曲げることにより、押え蓋２７と一体化されている。そして、その押え蓋２７が図示省略した外部部材に固定されている。

保持器２８は、入力軸２１を通す円板部２８ｂの周縁の相対する位置に前記柱部２８ａを設けたもので、その円板部２８ｂが入力軸２１の外周に嵌合固定されて、入力軸２１と一体に回転するようになっている。

また、図４に示すように、内輪２３の外周面には所定の一方向に傾斜するカム面２３ｂと他方向に傾斜するカム面２３ｃがそれぞれ連続して複数設けられており、これにより、内輪２３と外輪２５の間に、周方向の一側で狭小となる第１の楔形空間３１ａと周方向の他側で狭小となる第２の楔形空間３１ｂがそれぞれ連続して複数形成されている。連続する楔形空間３１ａ、３１ｂには、ローラ２９が互いに当接する状態で収容され、第１の楔形空間３１ａの狭小部と第２の楔形空間３１ｂの狭小部が周方向で対向する位置に、保持器２８の柱部２８ａが挿入されている。

Ｃ形ばね３０は、丸線材で形成されており、その両端にクラッチ軸方向に沿って延びる略くの字状のフック部３０ａが設けられている。そして、弾性縮径した状態で、一端のフック部３０ａが第１の楔形空間３１ａに収容されたローラ２９の一つに、他端のフック部３０ａが第２の楔形空間３１ｂに収容されたローラ２９の一つに、それぞれローラ２９の配列のピッチ円付近の２点で当接するように組み込まれている。これにより、各Ｃ形ばね３０が、その弾性力で、各ローラ２９を第１または第２の楔形空間３１ａ、３１ｂの狭小部に押し込むようになっている。

この逆入力防止クラッチ２０では、各ローラ２９がＣ形ばね３０の弾性力で第１または第２の楔形空間３１ａ、３１ｂの狭小部に押し込まれているので、出力軸２２にいずれの方向の逆入力トルクが加えられても、内輪２３がローラ２９を介して外輪２５と係合してロックされ、出力軸２２も入力軸２１も回転しない。

一方、入力軸２１に入力トルクが加えられたときには、入力軸２１がいずれの方向に回転しても、入力軸２１と一体に回転する保持器２８の柱部２８ａが、回転方向で対向するローラ２９をＣ形ばね３０の弾性力に抗して第１または第２の楔形空間３１ａ、３１ｂの広大側へ押し出すことにより、内輪２３（出力部材２４）がロック状態から解放される。そして、入力軸２１がさらに回転してその二面幅部２１ａが内輪２３の係合穴２３ａの内面と係合すると、入力軸２１の回転が内輪２３を介して出力軸２２に伝達されるようになる。

この逆入力防止クラッチ２０は、上述のように、出力部材２４に逆入力トルクが加えられたときに出力部材２４を外輪（固定部材）２５と係合させてロックするロック手段と、入力軸（入力部材）２１に入力トルクが加えられたときにロック手段による出力部材２４と外輪２５のロック状態を解除するロック解除手段と、ロック状態が解除されているときに入力軸２１に加えられる入力トルクを出力部材２４に伝達するトルク伝達手段とを備え、入力トルクに対しては回転伝達を行い、逆入力トルクに対しては回転伝達を行わないようにしたものである。

そして、出力部材２４を構成する出力軸２２の先端小径部２２ｃをトルクリミッタ１０の内輪１２の軸穴１２ｂに相対回転自在に嵌め込み、出力軸２２の二面幅部２２ｂが形成された部位をトルクリミッタ１０の連結部材１５の内周に相対回転不能に嵌め込むことにより、出力部材２４が連結部材１５を介してトルクリミッタ１０の外筒１１に相対回転不能に連結され、トルクリミッタ１０の内輪１２を外筒１１と相対回転自在に支持するようになっている。

上記のようにしてトルクリミッタ１０の外筒１１を逆入力防止クラッチ２０の出力部材２４に連結した実施形態のトルクリミッタユニット１は、トルクリミッタ１０の設定トルクが逆入力防止クラッチ２０の許容トルクよりも小さく設定されている。したがって、トルクリミッタ１０の内輪１２に逆入力防止クラッチ２０の許容トルクを超える過大な逆入力トルクが加えられても、その逆入力トルクはトルクリミッタ１０で遮断されて逆入力防止クラッチ２０の出力部材２４に伝達されず、出力部材２４と固定部材との係合部を構成する内輪２３、外輪２５およびローラ２９の塑性変形を防止することができる。

さらに、トルクリミッタ１０の使用最大トルクを逆入力防止クラッチ２０の許容トルクよりも小さく設定すれば、トルクリミッタ１０の内輪１２に使用最大トルク以下で設定トルクを超える衝撃的な過大トルクが加えられて、ころ１３が内輪１２の軸方向溝１２ａから外れるまでのわずかな間に、その過大トルクが逆入力防止クラッチ２０の出力部材２４に伝達された場合でも、逆入力防止クラッチ２０の出力部材２４と固定部材との係合部の損傷等を確実に防止できるようになる。

また、図９に示す楔角（ローラ２９の内輪２３のカム面２３ｂまたは２３ｃとの接点における接線と、ローラ２９の外輪２５の内周円筒面との接点における接線とがなす角度）βを６～１２°に設定することにより、トルクリミッタ１０の内輪１２に衝撃的な過大トルクが加えられた際に、わずかな間だけ逆入力防止クラッチ２０の出力部材２４に伝達される過大トルクを逃し、出力部材２４と固定部材との係合部の損傷等を生じにくくすることができる。

図１０および図１１は本発明の第２実施形態のトルクリミッタユニット２を示す。この第２実施形態は、第１実施形態をベースとし、そのトルクリミッタ１０を下記の構成のトルクリミッタ５０に変更したものである。なお、第１実施形態と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付けて説明を省略する。

第２実施形態のトルクリミッタ５０は、第１実施形態の内輪１２とＣ形板ばね１４をなくし、その代わりに、外筒１１の径方向外側に配されて外筒１１と相対回転自在に支持される外輪５１と、外筒１１の径方向内側に収納されるたる形のコイルばね５２とを設けている。また、この変更に伴い、外筒１１は他端が閉じられて外周面の凹部１１ｂが省略され、逆入力防止クラッチ２０の出力軸２２は先端小径部２２ｃが省略されている。

外輪５１は、トルクリミッタ５０の出力側となる部材であり、その一端面から他端面に向かって段階的に小径となるように形成され、一端側に開口する大径部が外筒１１の径方向外側に配されている。そして、その一端側大径部の内周の円筒面に、ころ１３が嵌まり込む２つの軸方向溝５１ａが軸心を挟んで対向するように設けられている。また、大径部の他端側に連続する中間部の外周面には、第１実施形態の内輪１２と同様、図示省略した外部の回転部材に回転を伝達するための二面幅部５１ｂが形成されている。

コイルばね５２は、自然状態よりも収縮した状態で外筒１１に収納され、外筒１１の各スリット１１ａに収納されたころ１３を径方向外側に押圧して外輪５１の軸方向溝５１ａに押し付けている。

このトルクリミッタ５０でも、第１実施形態と同様、逆入力防止クラッチ２０から外筒１１に設定トルク以下のトルクが加えられたときは、ころ１３を介して外輪５１に回転が伝達され、回転伝達中に逆入力防止クラッチ２０の回転方向が切り替わっても回転伝達遅れが生じない。そして、外筒１１に加えられるトルクが設定トルクを超えると、ころ１３がコイルばね５２の押圧力に抗して外輪５１の軸方向溝５１ａから外れて外輪５１への回転伝達を行わなくなる。また、外部の回転部材から外輪５１に逆入力トルクが加えられる場合も、その逆入力トルクが設定トルク以下の場合は外筒１１に回転を伝達し、設定トルクを超える場合には回転伝達を行わない。

そして、コイルばね５２を用いてころ１３を外輪５１の軸方向溝５１ａに押し付けるようにしているので、コイルばね５２の端面を研磨することにより、ころ１３の外周面と軸方向溝５１ａを平行に保って押圧することができる。これにより、ころ１３は軸方向溝５１ａに安定した力で押し付けられるので、安定した設定トルクが得られる。また、コイルばね５２はたる形のものが用いられており、円筒状のものを用いる場合に比べて密着長さが小さく、ころ１３間の寸法を小さくすることができるので、トルクリミッタ５０を小型に構成するのに有利である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した各実施形態では、トルクリミッタ１０、５０の外筒１１を逆入力防止クラッチ２０の出力部材２４に連結したが、トルクリミッタの入力側と出力側を入れ替えて、トルクリミッタの内輪または外輪を逆入力防止クラッチの出力部材に連結するようにしてもよい。

また、内輪や外輪の軸方向溝に押し付けられる係合子は、各実施形態のようなころのほか、鋼球やセラミックボールを用いることもできる。

また、本発明のトルクリミッタは、もちろん、実施形態のようなトルクリミッタユニットで逆入力防止クラッチと組み合わせて用いるだけでなく、単独で二つの回転部材の間に介装することもできる。

１、２ トルクリミッタユニット
１０、５０ トルクリミッタ
１１ 外筒
１１ａ スリット
１２ （トルクリミッタの）内輪
１２ａ 軸方向溝
１３ ころ（トルクリミッタの係合子）
１４ Ｃ形板ばね
１５ 連結部材
２０ 逆入力防止クラッチ
２１ 入力軸（入力部材）
２２ 出力軸
２３ （逆入力防止クラッチの）内輪
２３ｂ、２３ｃ カム面
２４ 出力部材
２５ 外輪（固定部材）
２８ 保持器
２９ ローラ（逆入力防止クラッチの係合子）
３０ Ｃ形ばね（弾性部材）
３１ａ、３１ｂ 楔形空間
５１ 外輪
５１ａ 軸方向溝
５２ コイルばね

Claims (11)

1. 外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリットが少なくとも一つ設けられた外筒と、前記外筒の径方向内側に配されて外筒と相対回転自在に支持される内輪と、前記外筒のスリットに収納される係合子と、前記外筒の径方向外側に配置される付勢部材とを備え、
   前記係合子は、前記外筒のスリットから径方向外側および径方向内側に一部を突出させた状態で保持され、前記内輪は、その外周の円筒面に前記係合子が嵌まり込む軸方向溝が少なくとも一つ設けられ、前記付勢部材は、前記係合子を径方向内側に押圧して前記内輪の軸方向溝に押し付けており、
   前記外筒と内輪のうちの一方に所定の設定トルク以下のトルクが加えられたときは、前記係合子を介して前記外筒と内輪のうちの他方に回転が伝達され、前記外筒と内輪のうちの一方に前記設定トルクを超えるトルクが加えられたときには、前記係合子が前記付勢部材の押圧力に抗して前記内輪の軸方向溝から外れ、前記外筒と内輪のうちの他方へ回転が伝達されないようになっているトルクリミッタ。
2. 外周から内周に貫通して軸方向に延びるスリットが少なくとも一つ設けられた外筒と、前記外筒の径方向外側に配されて外筒と相対回転自在に支持される外輪と、前記外筒のスリットに収納される係合子と、前記外筒の径方向内側に配置される付勢部材とを備え、
   前記係合子は、前記外筒のスリットから径方向外側および径方向内側に一部を突出させた状態で保持され、前記外輪は、その内周の円筒面に前記係合子が嵌まり込む軸方向溝が少なくとも一つ設けられ、前記付勢部材は、前記係合子を径方向外側に押圧して前記外輪の軸方向溝に押し付けており、
   前記外筒と外輪のうちの一方に所定の設定トルク以下のトルクが加えられたときは、前記係合子を介して前記外筒と外輪のうちの他方に回転が伝達され、前記外筒と外輪のうちの一方に前記設定トルクを超えるトルクが加えられたときには、前記係合子が前記付勢部材の押圧力に抗して前記外輪の軸方向溝から外れ、前記外筒と外輪のうちの他方へ回転が伝達されないようになっているトルクリミッタ。
3. 前記付勢部材が、前記外筒の外周面に被せられ、自然状態よりも拡径した状態で前記係合子を径方向内側に押圧して前記内輪の軸方向溝に押し付けるＣ形板ばね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. 前記付勢部材が、前記外筒の径方向内側に収納され、自然状態よりも収縮した状態で前記係合子を径方向外側に押圧して前記外輪の軸方向溝に押し付けるコイルばねであることを特徴とする請求項２記載のトルクリミッタ。
5. 前記係合子として、ころ、鋼球、セラミックボールのうちのいずれかを使用したことを特徴とする請求項１または２に記載のトルクリミッタ。
6. 前記内輪または外輪の軸方向溝に嵌まり込んだ係合子の中心から係合子の軸方向溝との接触位置に向かう直線と、前記係合子の中心から内輪または外輪の中心に向かう方向に直交する直線とのなす角度が、１０～４５°とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクリミッタ。
7. 前記外筒のスリットの係合子との接触面は、径方向断面において、前記スリットが前記内輪または外輪の軸方向溝に臨む側で広がるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクリミッタ。
8. 前記外筒のスリットの係合子との接触面は、径方向断面において、前記係合子の周方向両側で互いに異なる角度で傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクリミッタ。
9. 請求項１または２に記載のトルクリミッタと、
   同一軸心のまわりに回転する入力部材および出力部材と、前記出力部材の径方向外側に配される固定部材と、前記出力部材に逆入力トルクが加えられたときに前記出力部材を固定部材と係合させてロックするロック手段と、前記入力部材に入力トルクが加えられたときに前記ロック手段による出力部材と固定部材のロック状態を解除するロック解除手段と、前記ロック状態が解除されているときに前記入力部材に加えられる入力トルクを出力部材に伝達するトルク伝達手段を備えた逆入力防止クラッチとからなり、
   前記逆入力防止クラッチの出力部材が、前記トルクリミッタの外筒と内輪のいずれか一方、または外筒と外輪のいずれか一方に相対回転不能に連結されており、
   前記トルクリミッタの設定トルクが前記逆入力防止クラッチの許容トルクよりも小さいトルクリミッタユニット。
10. 前記トルクリミッタの使用最大トルクが前記逆入力防止クラッチの許容トルクよりも小さいことを特徴とする請求項９に記載のトルクリミッタユニット。
11. 前記逆入力防止クラッチのロック手段は、前記固定部材の内周に円筒面を設け、前記出力部材の外周に複数のカム面を設けて、前記固定部材の内周円筒面と出力部材の各カム面との間に周方向の少なくとも一側で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に組み込んだ係合子を弾性部材で楔形空間の狭小部へ押し込んでいるものであり、
    前記各楔形空間に組み込んだ係合子の前記出力部材のカム面との接点における接線と、前記各楔形空間に組み込んだ係合子の前記固定部材の内周円筒面との接点における接線とがなす角度が６～１２°であることを特徴とする請求項９に記載のトルクリミッタユニット。

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