JP4188274B2

JP4188274B2 - トルク伝達機構

Info

Publication number: JP4188274B2
Application number: JP2004104867A
Authority: JP
Inventors: 太郎磯部; 岳大田原
Original assignee: Origin Electric Co Ltd
Current assignee: Origin Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291292A

Description

この発明は、安定なトルクを得ることのできるトルク伝達機構、特に、カールバネ部材を用いたトルク伝達機構の改良に関する。

従来の一般的なトルクヒンジ又はトルクリミッタとしては、ほぼ１ターンのコイルバネを用いたもの、あるいはシャフトの周りに板バネを巻付けたトルクヒンジ又はトルクリミッタなど種々のものが提案されている。ほぼ1ターンのコイルバネを用いたものは、例えば、コイルバネの両端のフックを外輪の係止部に係止させ、コイルバネで内輪又は内輪となるシャフトを締め付けるものであり、比較的回転トルクの小さな双方向性のトルクヒンジ又はトルクリミッタに適している（例えば、特許文献１参照）。また、シャフトの周りに板バネを巻付けたものとしては、板バネの中央部を丸めて巻付け部を形成し、その巻付け部でシャフトを締め付けて回転トルクを発生させる双方向トルクヒンジ又はトルクリミッタもある（例えば、特許文献２参照）。さらに、シャフトの外周面にバネ部材を摩擦接触させてなるものとしては、弾性に富む材料からなる正６角形のバネ部材で内輪となるシャフトを締め付け、回転トルクを発生させる双方向性のトルクヒンジ又はトルクリミッタがある（例えば、特許文献３参照）。

そして、このような構造のものは、いずれも双方向性のトルクヒンジ又はトルクリミッタなどに適した構造であるが、十分に安定な回転トルクを得ることができるとは言いがたい。例えば、ノート型パソコンにおいては、そのディスプレイ部を開く際には軽く開けることができ、閉じる際にはある程度のトルクをもって緩やかに閉じることができるように機能するチルトヒンジが要求されている。このチルトヒンジとしては、一方向クラッチとトルクリミッタとを組み合わせて構成した片側空転構造にしたものがある（例えば、特許文献４参照）。更に、このようなチルトヒンジを小型化するために、トルクリミッタの代わりに二つのＣ形バネと二本の固定軸とを用い、これら二つのＣ形バネと二本の固定軸と一方向クッラッチとによって、一方の回転方向には空転し、逆方向には所定のトルクを発生する片側空転チルトヒンジも提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特開平０９−１１２５６８号公報特開２０００−１３６８１９公報特開２００１−０１２５１４公報特開平０６−１７５６９号公報特開２００３−１９４０４４公報

しかし、特許文献５の発明で開示された片側空転チルトヒンジでは、連動Ｃ形バネ、従動連動Ｃ形バネと、外側固定軸、内側固定軸とを組み合わせる構造であるので、特許文献４の発明で開示された片側空転ヒンジに比べれば小型化できたが、構造が複雑であり、軸方向には長くなってしまうので、容積的にはほとんど小型化できず、構造が複雑なために組み立て工数がかかって、コストが大幅にアップするなどの課題がある。更にまた、開示されているようなＣ形バネでは安定な回転トルクを得るのは難しいという問題もある。

本発明は従来の問題点を解決し、簡単な構造で、安定な回転トルクが得られ、経済性に優れ、かつ信頼性の高いトルク伝達機構を得ることを主目的とする。

第１の発明は、前記課題を解決するため、ハウジング部材と、両端が重ならずに開いていて、圧入孔を有する一定の幅を持つばね部材からなり、一端は前記ハウジング部材に係止されるフック部となっていると共に、もう一方の端は係止されない自由端となっているカールバネ部材と、前記圧入孔に圧入されて前記カールバネ部材との間に回転トルクを生じる内輪部材と、を備え、前記カールバネ部材は、前記圧入孔の中心点Ｘから前記カールバネ部材の内周面までの距離が他の前記カールバネ部材の内周面までの距離よりも大きい三つの点を結んで画成される略正三角形の頂点に相当する箇所ａ、ｂ、ｃを有し、前記カールバネ部材の前記圧入孔の内周面と前記内輪部材とは、前記箇所ａと前記箇所ｂとの中間点Ａ、前記箇所ｂと前記箇所ｃとの中間点Ｂ、前記箇所ｃと前記箇所ａとの中間点Ｃで互いに当接し、前記当接する三つの部分うちの一つは前記フック部の近傍にあることを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記内輪部材は一方向クラッチであり、前記トルク伝達機構は、一方の回転方向では空転し、かつ他方の回転方向では前記カールバネ部材と前記一方向クラッチとの間に所定の回転トルクを生じる片側空転トルクヒンジとして働くことを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

第３の発明は、前記第１の発明において、前記内輪部材は、シャフト部材、又は内輪部材とその内輪部材に固定されたシャフト部材とであり、前記トルク伝達機構は、前記カールバネ部材と前記内輪部材又は前記シャフト部材との間に所定の回転トルクを生じるトルクヒンジとして働くことを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

第４の発明は、前記第１の発明において、前記内輪部材は、シャフト部材、又は内輪部材とその内輪部材に固定されたシャフト部材とであり、前記トルク伝達機構は、前記カールバネ部材と前記内輪部材又は前記シャフト部材との間に所定の回転トルクを生じるトルクリミッタとして働くことを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明のいずれかにおいて、前記ハウジング部材は、前記カールバネ部材の前記係止端を受け入れる係止溝を一つ以上備え、その係止溝は前記カールバネ部材の厚みに適合する幅を有することを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

第６の発明は、前記第１の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記ハウジング部材は、前記カールバネ部材の外面に加圧力を与える外輪部材を兼ねるか、あるいは前記外輪部材を別途備えることを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

第７の発明は、前記第１の発明ないし前記第６のいずれかにおいて、前記ハウジング部材は、前記カールバネ部材と当接する部分に空部が形成されていることを特徴とするトルク伝達機構を提供する。

前記第１の発明によれば、経済性に優れた構造で、安定した回転トルク特性を有するトルク伝達機構を得ることができる。

前記第２の発明によれば、安定な回転トルク特性を有する片側空転トルクヒンジ又は軸受機構を得ることができる。また、真っ直ぐでシンプルな構造のシャフトを用いることが可能であり、その真っ直ぐなシャフトを一方向クラッチに挿入するだけで、信頼性の高い片側空転トルクヒンジ又は軸受機構を得ることができる。

前記第３の発明及び第４の発明によれば、簡単かつ経済性に優れた構造で、安定で比較的大きい回転トルク特性を有するトルクヒンジを得ることができる。また、内輪部材の回転方向によって、カールバネ部材が締まったり、緩んだりするので、内輪部材の回転方向によって大きな回転トルク、又は小さな回転トルクを呈するトルクヒンジ、つまり、正、逆回転時に生じる回転トルクが異なるトルクヒンジを提供することができる。

前記第５の発明によれば、複数のカールバネ部材を組み合わせて用いることができ、少ない種類のカールバネ部材を予め準備しておくことによって、それらの組み合わせや用いる個数などを調整することで所望の回転トルクを得ることができる。カールバネ部材の標準化が可能である。

前記第６の発明によれば、安定で比較的大きい回転トルク特性を有するトルク伝達機構を得ることができる。

前記第７の発明によれば、ハウジング部材の材料の節約と軽量化とを達成でき、また、弾力性を付与することも可能であるので、カールバネ部材とハウジング部材との間で遊びが生じないトルク伝達機構を得ることができる。

先ず、本発明のトルク伝達機構を実施するための最良の形態である実施形態１の片側空転トルクヒンジ１００について説明する。

[実施形態１]
図１ないし図５とにより本発明に係るトルク伝達機構の実施形態１である片側空転トルクヒンジ１００について説明する。図１は、片側空転トルクヒンジ１００を組み立てる前のそれぞれの部材を斜めから見た図である。図２は、片側空転トルクヒンジ１００に用いられるカールバネ部材を説明図である。図３は、ハウジング部材を上からみた図であり、図４は、片側空転トルクヒンジ１００の断面を示す図である。図５は、ハウジング部材を図示するのを省略し、カールバネ部材に一方向クラッチを圧入した構造を上から見た図である。

この実施形態１の片側空転トルクヒンジ１００は、基本的には、ハウジング部材１と、一般的な構造の一方向クラッチ２と、一方向クラッチ２との間に回転トルクを発生するカールバネ部材３と、密閉するためのシールド部材４とからなる。この実施形態１では、カールバネ部材３に特徴があり、カールバネ部材３は弾性に富んだ金属材料からなる１枚の金属板を円形に近い三角形状にしたものからなり、その一端にはフック部３Ａが形成され、他方の端部３Ｂはフック部３Ａとの間に間隙Ｓがあって、自由端になっている。

カールバネ部材３は、四角形の金属板をある程度正三角形に近い形状の筒状にしたものであり、間隙Ｓによって１箇所で開いている圧入孔Ｈを形成する。図２に示すように、カールバネ部材３の内周面における正三角形（不図示）の頂点に相当する箇所ａ、ｂ、ｃは、他の部分よりも幾分径の小さい円弧状になっている。そして、カールバネ部材３の内周面における箇所ａと箇所ｂとのほぼ中間点をＡ、箇所ｂと箇所ｃとのほぼ中間点をＢ、箇所ｃと箇所ａとのほぼ中間点をＣとし、これらＡ、Ｂ、Ｃを結ぶと、ほぼ正三角形Ｔ（鎖線で示す）となる。したがって、点Ａ、Ｂ、Ｃ間はそれぞれほぼ１２０度間隔となる。

内輪部材となる一方向クラッチ２は、このような形状を有するカールバネ部材３の圧入孔Ｈに圧入される。その圧入された状態では、一方向クラッチ２の外周面は、正三角形の頂点にほぼ相当する当接箇所Ａ、Ｂ、Ｃで所定の加圧力をもってカールバネ部材３の内周面に当接する。一方向クラッチ２とカールバネ部材３とが当接する当接箇所Ａ、Ｂ、Ｃは、圧入孔Ｈの中心点Ｘを紙面の表裏方向に延びる中心軸線（不図示）に沿って延びる幅の狭い帯状面であって、このような帯状面で一方向クラッチ２とカールバネ部材３とが加圧し合っている。

ここで大切な点は、当接箇所Ａ、Ｂ、Ｃの１箇所がカールバネ部材３のフック部３Ａの近傍にあらねばならないということである。この実施形態では箇所Ｃがフック部３Ａの近傍にある。このように、ほぼ正三角形上にある当接箇所Ａ、Ｂ、Ｃの１箇所がカールバネ部材３のフック部３Ａの近傍にあることによって、一方向クラッチ２とカールバネ部材３との間に発生する回転トルクが安定する。つまり、安定した回転トルクを得ることができる。一方向クラッチ２とカールバネ部材３との係止部であるフック部近傍に当接箇所Ｃが位置することによって、一方向クラッチ２とカールバネ部材３とにかかるトルクが安定するからと考えられる。

ハウジング部材１は、円筒状側壁部１Ａ、底部１Ｂ、取付け部１Ｃからなり、円筒状側壁部１Ａにはほぼ９０度間隔で、カールバネ部材３のフック部３Ａが係止される係止溝１Ａ１、１Ａ２、１Ａ３、１Ａ４が形成されている。これら係止溝１Ａ１、１Ａ２、１Ａ３、１Ａ４は別々の溝幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を有し、フック部３Ａはカールバネ部材３の板材の厚みに適した溝幅の係止溝に係止される。このようにすることにより、ハウジング部材１の標準化が図れる。しかし、これら係止溝の個数は任意でよく、溝幅も１種類又は２種類であっても良い。底部１Ｂの中央には、図５に示すシャフト部材５が挿通する中央孔１Ｂ１が形成されている。双方の取付け部１Ｃには、不図示のビスで機器などにこの実施形態の片側空転トルクヒンジ１００を取り付けるための取付け孔１Ｃ１、１Ｃ２が形成されている。

一方向クラッチ２をカールバネ部材３に圧入した状態を図４に示す。一方向クラッチ２はごく一般的なものであって、シャフト部材５を内輪部材とし、そのシャフト部材との間で一方向には回転するが逆方向には回転しない外輪部材２Ａ、外輪部材２Ａの内周面に沿って形成された複数の楔形ポケット２Ｂ、それら楔形ポケットのそれぞれに納められたローラ２Ｃなどからなる。一方向クラッチ２の円筒状外周面がカールバネ部材３の内周面に当接しており、ローラ２Ｃが楔形ポケット２Ｂ内で噛み付く方向にシャフト部材５が回転するとき、一方向クラッチ２とカールバネ部材３との間に回転トルクが発生し、ローラ２Ｃが楔形ポケット２Ｂ内で自由に回転する方向にシャフト部材５が回転するとき、シャフト部材５は空転する。

図４に示すような一方向クラッチ２をカールバネ部材３に圧入したものがハウジング部材１に収納され、カールバネ部材３のフック部３Ａを係止溝１Ａ４に係止し、シールド部材４で密閉した片側空転トルクヒンジ１００を、切断線Ｙ−Ｙ′で切断した断面を示すのが図５である。カールバネ部材３のフック部３Ａはハウジング部材１の係止溝１Ａ４にほとんど遊びが無いように係止され、また、図２に示したカールバネ部材３の正三角形状の外周面における三つの頂点ａ′、ｂ′、ｃ′（内周面の箇所ａ、ｂ、ｃに対応する）がハウジング部材１の内壁１Ａ５に当接し、遊びが実質的に無いようになっている。図３に示すように、カールバネ部材３の正三角形状の外周面における三つの頂点ａ′、ｂ′、ｃ′が当接するハウジング部材１の肉厚部分には、中心軸線Ｘに沿って形成されている複数の空部１Ａ６を備えており、装着後はハウジング部材１の内壁１Ａ５がカールバネ部材３の外周面をしっかり押さえつける形になっている。これら空部１Ａ６は樹脂材料の節約、ハウジング部材の軽量化に役立っており、弾力性を付与することも可能である。

つまり、片側空転トルクヒンジ１００では、カールバネ部材３の内面と一方向クラッチ２とは３箇所Ａ、Ｂ、Ｃで当接すると共に、カールバネ部材３の外周面とハウジング部材１の弾力性のある内壁１Ａ５とは３箇所ａ′、ｂ′、ｃ′で当接し、かつ、当接箇所Ａ、Ｂ、Ｃの１箇所がカールバネ部材３のフック部３Ａの近傍にあることによって、一方向クラッチ２とカールバネ部材３との間に発生する回転トルクを安定させることができる。なお、シールド部材４は、図５に示すシャフト部材５の直径よりも若干大きな直径の中央孔４Ａを有する。

かかる構成の片側空転トルクヒンジ１００のハウジング部材１を、図示しない例えば楽器などの本体部に取付け、シャフト部材５に楽器などの蓋部を固定することによって、蓋部を開けるときには、一方向クラッチ２によって空転するからほとんどトルクをかけることなく開けることができ、蓋部を閉じるときには、一方向クラッチ２とカールバネ部材３との間に発生する回転トルクを適切な大きさに設定しておくことによって、蓋部が自重でゆっくりと自然に閉じるようにすることができる。

[実施形態２]
図６によって本発明に係るトルク伝達機構の実施形態２である片側空転トルクヒンジ２００について説明する。カールバネ部材３のバネ構造及び作用は前述した通りであるので、説明を省略するが、図２に示した構造のものである。片側空転トルクヒンジ２００は、一方向クラッチ２を共通として２個のカールバネ部材３、３′を用い、それぞれのフック部３Ａ、３′Ａをハウジング部の同一の係止溝に係止する例である。

２個のカールバネ部材３、３′は、中心軸線Ｘ方向の幅が一方向クラッチ２のほぼ１／２程度であり、それぞれのフック部３Ａ、３′Ａをハウジング部（図６では示していない）の同一の係止溝に係止している。図６ではシャフト部材を一方向クラッチ２の内輪部材として挿着していないので、前述のような各楔形ポケット２Ｂにはローラが挿着されていない。この実施形態２では、カールバネ部材３、３′の板厚は同じであり、したがって、フック部３Ａ、３′Ａの板厚も同じである。同一の板厚のカールバネ部材を予め用意しておき、所望の回転トルクが得られる個数のカールバネ部材を用い、一方向クラッチ２を挿着すればよい。実施形態２ではカールバネ部材の標準化を行える。

[実施形態３]
図７によって本発明に係るトルク伝達機構の実施形態３である片側空転トルクヒンジ３００について説明する。カールバネ部材３のバネ構造及び作用は前述した通りであるので、説明を省略するが、図２に従って説明したものである。片側空転トルクヒンジ３００は、一方向クラッチ２を共通として２個のカールバネ部材３、３′を用い、それぞれのフック部３Ａ、３′Ａをハウジング部の９０度位置のずれた係止溝に係止する例である。

２個のカールバネ部材３、３′は、中心軸線Ｘ方向の幅が一方向クラッチ２のほぼ１／２程度であり、それぞれのフック部３Ａ、３′Ａをハウジング部（図７では示していない）の９０度位置のずれた係止溝に係止している。図７ではシャフト部材を一方向クラッチ２の内輪部材として挿着していないので、各楔形ポケット２Ｂにはローラが挿着されていない。回転トルクを調整するために、カールバネ部材３、３′の板厚が互いに異なるのに伴って、フック部３Ａ、３′Ａの板厚が異なる場合には、図３に示したようなハウジング部材１を使用し、それらの板厚に適した係止溝にフック部３Ａ、３′Ａを係止させる。フック部３Ａ、３′Ａの板厚が同じ場合には、図３に示したハウジング部材１の９０度間隔で隣り合う係止溝１Ａ２と１Ａ３との幅をフック部３Ａ、３′Ａそれぞれの板厚に合わせておけばよい。

このように所望の回転トルクを得たい場合には、複数の板厚のカールバネ部材を予め用意しておき、所望の回転トルクが得られる２個のカールバネ部材３、３′の板厚を選択して組み合わせればよい。また、この実施形態３では、フック部３Ａ、３′を９０度ずらしているので、２個のカールバネ部材３、３′が一方向クラッチ２に当接する当接箇所Ａ、Ｂ、Ｃはずれて６箇所に増えるので、得られる回転トルクはより一層安定する。

実施形態２、実施形態３においては、中心軸線Ｘ方向のカールバネ部材３、３′の長さ、つまり幅を同一のものとしたが、必ずしも同一の幅でなくとも良く、また、３個以上を並置してもよい。

以上の実施形態では、いずれも内輪部材として一方向クラッチ２を用いたが、一方向クラッチ２に代えて通常の円筒状の内輪部材、又は断面円形のシャフト部材を用いてもよい。この場合には、円筒状の内輪部材、又は断面円形のシャフト部材の回転方向によって、カールバネ部材３が締まったり、緩んだりする。カールバネ部材３が締まるときには、カールバネ部材３の内輪部材又はシャフト部材に対する締付け力が大きくなるので、大きな回転トルクが得られる。そして、カールバネ部材３が緩むときには、カールバネ部材３の内輪部材又はシャフト部材に対する締付け力が小さくなるので、小さな回転トルクをていすることになる。したがって、正、逆回転方向によって回転トルクが異なるトルクヒンジ又はトルクリミッタを提供することができる。また、軸受機構としても用いることが可能である。

更にまた、以上の実施形態において、前述構造のカールバネ部材３は図示しない外輪部材に圧入されていてもよい。この場合には、カールバネ部材３のフック部３Ａは不図示の外輪部材に設けられる係止溝に係止される。そして、外輪部材は不図示の機器、又はハウジングなどに固定される。この構造では、前述構造のカールバネ部材が外輪部材によって加圧力を受けるので、より大きな回転トルクを得ることができる。

本発明を実施するための実施形態１に係るトルク伝達機構を組み立てる前の各部材を斜めから見た図である。本発明のトルク伝達機構に用いられるカールバネ部材の一例を説明するための図である。本発明に係る実施形態のトルク伝達機構に用いられるハウジング部材の一例を説明するための図である。本発明に係る実施形態１のトルク伝達機構の一部分を示す図である。本発明に係る実施形態１のトルク伝達機構１００の断面を示す図である。本発明に係る実施形態２のトルク伝達機構２００を説明するための図である。本発明に係る実施形態３のトルク伝達機構３００を説明するための図である。

符号の説明

１・・・ハウジング部材
１Ａ１〜１Ａ４・・・ハウジング部材の係止溝
２・・・一方向クラッチ
３・・・カールバネ部材
３Ａ・・・カールバネ部材３のフック部
３Ｂ・・・カールバネ部材３の自由端
４・・・シールド部材（蓋）
５・・・シャフト部材

Claims

ハウジング部材と、
両端が重ならずに開いていて、圧入孔を有する一定の幅を持つばね部材からなり、一端は前記ハウジング部材に係止されるフック部となっていると共に、もう一方の端は係止されない自由端となっているカールバネ部材と、
前記圧入孔に圧入されて前記カールバネ部材との間に回転トルクを生じる内輪部材と、
を備え、
前記カールバネ部材は、前記圧入孔の中心点Ｘから前記カールバネ部材の内周面までの距離が他の前記カールバネ部材の内周面までの距離よりも大きい三つの点を結んで画成される略正三角形の頂点に相当する箇所ａ、ｂ、ｃを有し、
前記カールバネ部材の前記圧入孔の内周面と前記内輪部材とは、前記箇所ａと前記箇所ｂとの中間点Ａ、前記箇所ｂと前記箇所ｃとの中間点Ｂ、前記箇所ｃと前記箇所ａとの中間点Ｃで互いに当接し、
前記当接する三つの部分うちの一つは前記フック部の近傍にあることを特徴とするトルク伝達機構。
請求項１において、
前記内輪部材は一方向クラッチであり、前記トルク伝達機構は、一方の回転方向では空転し、かつ他方の回転方向では前記カールバネ部材と前記一方向クラッチとの間に所定の回転トルクを生じる片側空転トルクヒンジとして働くことを特徴とするトルク伝達機構。
請求項１において、
前記内輪部材は、シャフト部材、又は内輪部材と該内輪部材に固定されたシャフト部材とであり、前記トルク伝達機構は、前記カールバネ部材と前記内輪部材又は前記シャフト部材との間に所定の回転トルクを生じるトルクヒンジとして働くことを特徴とするトルク伝達機構。
請求項１において、
前記内輪部材は、シャフト部材、又は内輪部材と該内輪部材に固定されたシャフト部材とであり、前記トルク伝達機構は、前記カールバネ部材と前記内輪部材又は前記シャフト部材との間に所定の回転トルクを生じるトルクリミッタとして働くことを特徴とするトルク伝達機構。
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記ハウジング部材は、前記カールバネ部材の前記係止端を受け入れる係止溝を一つ以上備え、該係止溝は前記カールバネ部材の厚みに適合する幅を有することを特徴とするトルク伝達機構。
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記ハウジング部材は、前記カールバネ部材の外面に加圧力を与える外輪部材を兼ねるか、あるいは前記外輪部材を別途備えることを特徴とするトルク伝達機構。
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記ハウジング部材は、前記カールバネ部材と当接する部分に空部が形成されていることを特徴とするトルク伝達機構。