JP4668706B2 - トルク利用物品 - Google Patents

Description

本発明は、一方向又は双方向に伝達される回転に伴う負荷トルクをそれぞれ設定値以下に制限するトルクリミッタ、又はクラッチ、トルクヒンジのようなトルク利用物品に関する。

一般に複写機、プリンタ、あるいはファクシミリ装置などの電子情報機器の給紙装置においては、紙の二重送り防止機構などに双方向トルクリミッタを備えて、紙の二重送りを防ぐと共に、紙詰まりの場合にも紙送り機構を逆転させて、詰まった紙を容易に除去できる機構になっている。

コイルばねと内輪部材との間の摩擦力によってトルク値を設定値に制限する構造のトルクリミッタが種々開示されている（例えば、特許文献１〜５参照）。これらトルクリミッタは、外輪部材、内輪部材、シールド部材、つまり側壁部材、コイルばね部材などから構成されている。特許文献１には、内輪部材に相当する内筒部材と、その外側に位置する外輪部材に相当する外筒部材と、互いに逆方向になるように内筒部材に巻かれた二つのコイルばねと、特定の構造のシールド部材とを組み合わせてなる双方向のトルクリミッタが開示されている。

また、特許文献２には、外輪部材と内輪部材とシールド部材とコイルばね部材などから構成されているトルクリミッタにおいて、外輪部材と内輪部材との間、又は内輪部材とシールド部材との間に形成される間隙に比べて大きな間隙を与える切欠部をエアー溜まりとして形成することによって、封入された潤滑剤が漏出するのを防いでいる。特許文献３には、外輪部材と内輪部材とシールド部材である蓋部材とコイルばね部材などから構成されているトルクリミッタにおいて、外輪部材と内輪部材との間に形成される間隙における蓋部材の側壁内面が内輪部材側で厚く、外輪部材側が薄くなる傾斜面とすることによって、封入された潤滑剤が漏出するのを防いでいる。さらに、特許文献４及び５には、外輪部材と内輪部材とシールド部材と複数のコイルばね部材との他に側輪部材をも用いてなる双方向トルクリミッタが開示されている。
特開平０９−１６６１５３号公報 特開平１０−０７８０４４号公報 特開平１１−０９３９６９号公報 特開２００２−１４７４９９公報 特開２００２−１５５９７３公報

いずれも本件出願人の発明にかかる前記特許文献１〜５で開示されたトルクリミッタに限らず、従来のものは外輪部材と内輪部材とシールド部材（側壁部材）とコイルばね部材のようなトルク発生部材とを備え、更には別のトルクリミッタは潤滑剤が溢れて漏出するのを防ぐためのスペーサ部材を備えているものもある。このようなトルクリミッタの組み立て時には、通常、予めトルク発生部材を取り付けてなる内輪部材を外輪部材に組み込んだ後に、スペーサ部材が必要ならば、スペーサ部材を組み込み、更にシールド部材を外輪部材に嵌め込んでいるので、組み込む部品点数が多く、したがって、部品の管理や組み立てに工数がかかるためにコストの低減が難しく、また、それぞれの部材のコスト低減も限りがあるので、コスト低減が難しいという実際上の問題ある。また、設定トルクを長期間にわたって保持するために潤滑剤を用いているトルクリミッタの場合には、トルクリミッタの両端で、シールド部材と内輪部材との間隙を潤滑剤が漏出しないような構造にしなければならず、このこともコストアップの遠因になっていた。さらに、この構造はシールド部材と内輪部材との間のすべり摩擦にも悪影響を与えていた。このことは同様な構造を有するクラッチ又はトルクヒンジについても当てはまる。

本発明はかかる従来のトルクリミッタ又はクラッチあるいはトルクヒンジのようなトルク利用物品の課題を解決するために、一体成形などによって内輪部材と一体的にシールド部材を形成することにより部品点数を少なくするだけでなく、組み立て工数を簡略化でき、また、トルク利用物品の一端側は内輪部材とシールド部材との間に全く間隙が存在しないので、別途に何ら対策を施すことなく、潤滑剤の漏出を防ぐことができるなど、安価で信頼性の高いトルク利用物品を提供することができる。

前述のような問題を解決するために、第１の発明は、内輪本体部と該内輪本体部の一方の端部に一体的に形成されているシールド部とからなる内輪部材と、外輪部材と、これら内輪部材と外輪部材との間に設けられたトルク発生部材とを備えたトルク利用物品において、前記外輪部材は、外輪本体部と、この外輪本体部と一体的に形成された側壁部とからなり、前記シールド部は、前記外輪本体部の一方の端部における内面に沿って延びる第１の短円筒状部分を有し、その第１の短円筒状部分は前記外輪本体部の前記一方の端部における前記内面と接触するか又は微小距離だけ隔てて位置し、前記内輪本体部と前記第１の短円筒状部分との間には空部Ｓ１が形成されており、前記外輪部材の前記側壁部は前記内輪本体部の他端に係合する第２の短円筒状部分を有し、前記外輪本体部と前記第２の短円筒状部分との間には空部Ｓ２が形成されており、前記シールド部の前記第１の短円筒状部分と前記外輪本体部の前記一方の端部における前記内面とには、互いに係止し合う第１の凹部と第１の凸部とが形成されており、前記外輪部材の前記側壁部における前記第２の短円筒状部分と前記内輪本体部の他端部における前記第２の円筒状部分の外面には、互いに係止し合う第２の凹部と第２の凸部とが形成されており、前記内輪部材と前記外輪部材とを係止するとき、前記空部Ｓ１、Ｓ２が前記第１と第２の凹部と前記第１と第２の凸部とに弾性力を与え、係止を楽にすると共に係止状態を安定に保持することを特徴とするトルク利用物品を提供する。
第２の発明は、前記第１の発明において、前記内輪部材及び前記外輪部材の少なくとも一方は、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなることを特徴とするトルク利用物品を提供する。
第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記内輪部材の前記内輪本体部の円筒形状外面は、梨地状又はディンプル状の肌面、あるいは長さ方向に延びる縦溝を有することを特徴とするトルク利用物品を提供する。
第４の発明は、前記第１の発明ないし前記第３の発明のいずれかにおいて、前記トルク利用物品は、トルクリミッタ、クラッチ、トルクヒンジの内のいずれかであることを特徴とするトルク利用物品を提供する。

前記第１の発明によれば、一体成形などによって内輪部材と一体的にシールド部材を形成することにより部品点数を少なくするだけでなく、組み立て工数を簡略化でき、また、トルク利用物品の一端側は内輪部材とシールド部材との間に全く間隙が存在しないので、別途に何ら対策を施すことなく、潤滑剤の漏出を防ぐことができるなど、安価で信頼性の高いトルク利用物品を提供することができる。また、前記短円筒状部分によってより一層トルク利用物品の動作の安定化を向上させることができ、更に内輪部材と外輪部材との係止を極めて簡単に行えるという効果も得られる。

前記第２の発明によれば、前記第１の発明の効果の他に、耐久性に優れ、かつ安定な特性を有する樹脂成型のトルク利用物品を得ることができる。

前記第３の発明によれば、前記第１の発明及び前記第２の効果の他に、内輪部材におけるトルク発生面が梨地状になっているので、潤滑剤を長期間にわたって保持しやすく、設定トルクを長期間にわたって維持することが可能である。

前記第４の発明によれば、トルクリミッタに限らず一方向又は双方向のクラッチ、あるいはトルクヒンジについても、本発明を適用することができる。

先ず図１及び図２によって発明を実施するための実施形態１のトルクリミッタについて説明する。図１（Ａ）は本発明のトルクリミッタを正面から見た断面図を示し、図１（Ｂ）は図面の左側から見た図、図１（Ｃ）は図面右側から見た図である。図２（Ａ）は外輪部材の側壁部と内輪本体部との係止構造の一部分を拡大して示す図、図２（Ｂ）は外輪部材の外輪本体部と内輪部材のシールド部３との係止構造の一部分を拡大して示す図である。図３は図１（Ａ）における切断線Ｘ−Ｘ’での断面を示す図である。内輪部材１は、円筒形状の内輪本体部２と、内輪本体部２と一体成形されて外方向に延びるシールド部３とからなる。内輪部材１は、材質は特に限定されないが、好ましい実施形態としては金属材料とほぼ同等な耐久性と温度特性とを呈するポリフェニレン系（ＰＰＳ系）樹脂からなる。

そして、潤滑剤による潤滑特性を長期に保持するために、内輪本体部２の円筒形状外面２Ａを梨地状又は多数の小さな窪みをもつディンプル状にしてザラザラの肌面にしたり、あるいは内輪本体部２の円筒形状外面の長さ方向に延びる縦溝を形成してグリス溜まりとするのが好ましい。シールド部３は、円筒形状の内輪本体部２の外面から外方向に延びる円板状部分３Ａと円板状部分３Ａから内輪本体部２の外面に沿って延びる短円筒状部分３Ｂとからなる。内輪本体部２の外面と短円筒状部分３Ｂとの間には空部Ｓ１が存在する。内輪本体部２は、一端側に図示しないピンでもって不図示のシャフトに内輪部材１を固定するための固定用溝２Ｂを有する。なお、図１（Ｃ）に示すように、短円筒状部分３Ｂは空部Ｓ１を通して延びる複数の橋絡部３Ｃによっても内輪本体部２に結合されている。

内輪本体部２の円筒形状外面２Ａには適当な巻数を有するコイルばね部材４が巻かれている。内輪本体部２の円筒形状外面２Ａとコイルばね部材４との間の摩擦力がトルクリミッタのトルクを決める。コイルばね部材４は一端にフック部４Ａを有する。この実施形態では１個のコイルばねを用いた一方向トルクリミッタを示しているが、必要に応じて２個以上のコイルばねを同方向に直列に接続して用いても良いし、また、前掲の特許文献４、特許文献５で開示されたトルクリミッタのように、２個以上のコイルばねを逆方向にして組み込んで双方向トルクリミッタとしても勿論よい。なお、図示していないが、必要に応じてコイルばね部材４にはグリスのような潤滑剤が塗布されている。

外輪部材５は円筒状外面６Ａを有する外輪本体部６とその一端側に形成されている側壁部７とを有する。外輪本体部６は他端側に大径円筒状内面部分６Ｂを有する。大径円筒状内面部分６Ｂは、コイルばね部材４に対面する部分の直径よりも大きな直径になっており、内輪部材１におけるシールド部３の短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面３Ｂ’に接触、又はごく僅かな間隙で対面している。つまり、内輪部材１のシールド部３の装着に適合するようになっている。他方、外輪部材５の側壁部７は内輪本体部２の円筒形状外面２Ａに係合する短円筒状内面７Ａを有する。外輪本体部６と側壁部７との間には円溝状の空部Ｓ２が形成されている。外輪本体部６は、その大径円筒状内面部分６Ｂから長さ方向に側壁部７へ向かって延びるフック溝６Ｃを有し、そのフック溝６Ｃにコイルばね部材４のフック部４Ａが係止される。なお、外輪本体部６と側壁部７とは空部Ｓ２を通して延びる複数の橋絡部７Ｂによっても結合されている。また、外輪部材５の側壁部７の端面には、不図示の負荷にこのトルクリミッタを取り付けるためのリンク部８が側壁部７と一体的に形成されている。外輪部材５は、材質は特に限定されないが、動作中にフック部４Ｂによって力が加わるので、内輪部材１と同様な前記ポリフェニレン系（ＰＰＳ系）樹脂又は他の樹脂成形が可能な合成樹脂からなるのが好ましい。

内輪本体部２の円筒形状外面２Ａと側壁部７の短円筒状内面７Ａとの係止構造について図２（Ａ）により説明すると、内輪部材１の内輪本体部２における円筒形状外面２Ａには浅い係止用溝２Ｃが形成されており、外輪部材５の外輪本体部６における側壁部７の短円筒状内面７Ａには係止用突起７Ｃが形成されている。内輪部材１の係止用溝２Ｃは内輪本体部２における円筒形状外面２Ａの全周にわたって形成されているのが好ましく、係止を容易に行うために外輪本体部６の係止用突起７Ｃは一定間隔で複数個設けられているのが好ましい。係止用突起７Ｃも連続して全周にわたって形成されていても勿論よい。また、内輪本体部２の長さ方向における係止用溝２Ｃの幅は、外輪部材５の係止用突起７Ｃの幅よりも大きいのが好ましく、内輪部材１と外輪部材５との係止ばかりでなく、図示していない潤滑剤が漏出するのを防止する有効なエアー溜まりとしても作用する。また、コイルばね部材４を内輪本体部２の円筒形状外面２Ａに装着する場合には、当然に図面の右方向から装着するので、装着作業の妨げにならないように、係止用溝２Ｃには係止用溝２Ｃの底部から円筒形状外面２Ａまで傾斜となっている傾斜面Ｚがコイルばね部材４の装着方向に形成されている。この構造などにより、本発明に係るトルクリミッタなどの組み立ての自動化が可能になる。

次に、このトルクリミッタの組み立てについて簡単に説明すると、図示しない機械又は治具を使用して、先ずコイルばね部材４を内輪部材１における内輪本体部２の円筒形状外面２Ａに装着する。このときコイルばね部材４の径は幾分拡げられて大きくなり、コイルばね部材４は内輪本体部２の円筒状外面２Ａを適度な力で締め付け、所望のトルクを得る。そして、必要に応じて図示しないグリスのような潤滑剤がコイルばね部材４に塗布される。このようにコイルばね部材４が装着された内輪部材１を、コイルばね部材４のフック部４Ａがフック溝６Ｃ内に入る（図３）ようにして、図１（Ａ）の右方向から外輪部材５に装着する。内輪部材１におけるシールド部３の短円筒状部分３Ｂが外輪部材５における外輪本体部６の大径円筒状内面部分６Ｂに位置し、外輪部材５の係止用突起７Ｃが内輪部材１の係止用溝２Ｃに入ることにより、内輪部材１と外輪部材５とが係止される。つまり、本発明のトルクリミッタ構造にあっては、コイルばね部材４が装着された内輪部材１を外輪部材５に差し込むだけで組み立てが完了する。なお、空部Ｓ１、Ｓ２は組み立て時に係止部分に弾力性を与えることも可能であり、このことがより内輪部材１と外輪部材５との係止を楽なものにし、係止後は係止状態を安定に保持することになる。

また、内輪部材１と外輪部材５との係止構造は、図２（Ｂ）に示すように、内輪部材１におけるシールド部３の短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面３Ｂ’と外輪部材５における外輪本体部６の大径円筒状内面部分６Ｂとに設けてもよい。図２（Ｂ）によって説明すると、外輪部材５における外輪本体部６の大径円筒状内面部分６Ｂの先端部分は内輪部材1方向に僅かに突出している係止部６Ｂ１を有する。この係止部６Ｂ１は大径円筒状内面部分６Ｂに沿って断続的に形成、又は連続して形成されている。他方、短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面３Ｂ’の先端部分を小径面３Ｂ’１としている。小径面３Ｂ’１と短円筒状外面３Ｂ’との差の寸法は大径円筒状内面部分６Ｂと係止部６Ｂ１との差の寸法にほぼ等しく、当該寸法は外輪部材５に内輪部材１を適当な力で圧入できる程度であれば良い。つまり、外輪部材５に対して図面右方向から内輪部材１に力をかけ、短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面３Ｂ’が外輪本体部６の係止部６Ｂ１内に入り、通過して、大径円筒状内面部分６Ｂに至ることによって、外輪部材５と内輪部材１とが互いに係止し合う。図２（Ｂ）に示すように、内輪部材１が一旦外輪部材５に係止すると、内輪部材１が外輪部材５から外れることはない。この係止構造であっても、図２（Ａ）の係止構造と同様にごく容易に内輪部材と外輪部材とを係止することができる。

さらに、外輪部材５の構造は図４に示すようなものであっても良い。図４（Ａ）は外輪部材の正面図を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）において切断線Ｙ−Ｙ’における断面を示す。図４において、図１〜図３で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。図４（Ａ）において、図1に示したような内輪部材１の内輪本体部２及びコイルばね部材４は鎖線で示されている。この実施形態で用いられるコイルばね部材４は両端の切断部分を図３に示すようにほぼ直角に曲げてフック部とすることなく、切断部分をコイルばねの接線方向に単に引き出した形状のフック部４Ａになっている。フック部４Ａをコイルばねの接線方向に単に引き出した形状にすることにより、折り曲げ工程が不要となり、コストの低減が図れる。

外輪部材５の側壁部７は図１〜図３に示した構造のものとほぼ同様であるので、側壁部７については特に説明しない。円筒形状外面６Ａを有する外輪本体６の内面側における、図１に示した内輪部材１のシールド部３が装着される面域は大径円筒状内面部分６Ｂとなっている。図４から分かるように、外輪本体６の内面の上下は大径円筒状内面となっている空間部分６Ｄが形成されており、その他の面域には複数の小径形成部６Ｅが島状に形成されて不連続の小径円筒状内面６Ｆを形成している。このような内部構造になっている外輪部材５においては、コイルばね部材４のフック部４Ａは、図面の上下に形成されている大径円筒状内面となっている空間部分６Ｄのいずれかに容易に納まる。また、この外輪部材５は、内輪部材１のシールド部３が装着される大径円筒状内面部分６Ｂに係止用突起６Ｇが形成されている。この場合には、図１に示した内輪部材１のシールド部３における短円筒状外面３Ｂ’には、係止用突起６Ｇに係止するのに都合の良い不図示の係止溝が備えられる。係止用突起と係止溝とが入れ替わって形成されても勿論よい。このような外輪部材の構造においては材料の節約を図ることができ、またより軽量化にできる。なお、前記実施形態にかかるトルクリミッタにあっては、コイルばね部材４の巻数、個数は任意であっても良い。また、コイルばね部材４は断面円形状の線材だけでなく、断面が角型の線材からなるものであってもよく、さらにコイルばね部材４の断面は円形状に限ることなく、正５角形又は正６角形などの多角形であってもよい。

以上説明した実施形態にかかるトルクリミッタにおいては、内輪部材との間に予め設定したトルクを発生するトルク発生部材としてコイルばね部材を用いた。しかし、本発明に係るトルクリミッタにおいてはトルク発生部材をコイルばね部材に限定する必要はなく、トルク発生部材がスリーブ形ばね又は板ばねなど他のばね部材、又は板ばねとローラなどを組み合わせたトルク発生部材、あるいは内輪部材と外輪部材とその間に配置された円筒状の永久磁石などからなる非接触型のトルクリミッタなどに本発明を同様にして適用することが可能である。図示しないが、例えば、いずれも本件出願人の出願に係る特開平９−４６５０号公報に開示されているような、ローラ部材で内輪外面に加圧してトルクを得るトルクリミッタ構造、特開平９−８８９９８号公報に開示されているような、トルク発生部材として板ばねなどを用いた構造のもの、特開平９−３２９１５３号公報に開示されているような、トルク発生部材として球面部材と摩擦部材とを用いた構造のもの、また、特開平１０−１３１９８０号公報に開示されているように、トルク発生部材として摩擦・ばね部材などを用い、トルク発生部材と外輪部材の内面との間に所定のトルクを発生させる構造のトルクリミッタなどにも本発明を適用することができる。以上の説明から分かるように、本発明に係るトルクリミッタはトルク発生部材によって制限されるものでなく、内輪部材と外輪部材とが側壁部及び／又はシールド部などで両端が閉じられ、かつ側壁部又はシールド部にて内輪部材と外輪部材とが係止される構造のトルクリミッタに本発明を適用できる。

また、以上の実施形態ではトルクリミッタについて説明したが、内輪部材と外輪部材と前述のようなトルク発生部材とを組み合わせてなるクラッチ、トルクヒンジは種々のものが多数知られているが、内輪部材と外輪部材とが側壁部及び／又はシールド部などで両端が閉じられ、かつ側壁部又はシールド部にて内輪部材と外輪部材とが係止される構造の一方向クラッチなどのクラッチ又はトルクヒンジには全く同様に本発明を適用することができる。したがって、ここでは、トルクリミッタに限らず、本発明に係る前述の構造を備えているクラッチ又はトルクヒンジを含めてトルク利用物品という。

本発明の一実施形態に係るトルクリミッタの断面と正面と裏面とを示す図である。 本発明の一実施形態に係るトルクリミッタの一部分を拡大した断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトルクリミッタの断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトルクリミッタにおける外輪部材の他の一例を示す図である。

符号の説明

１・・・内輪部材
２・・・内輪本体
２Ａ・・・内輪本体部２の円筒形状外面
２Ｂ・・・固定用溝
２Ｃ・・・係止用溝
３・・・内輪部材１のシールド部
３Ａ・・・シールド部３の円板状部分
３Ｂ・・・シールド部３の短円筒状部分
３Ｂ’・・・短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面
３Ｂ’１・・・短円筒状外面３Ｂ’の小径面
３Ｃ・・・シールド部３の橋絡部
４・・・コイルばね部材
４Ａ・・・コイルばね部材４のフック部
５・・・外輪部材
６・・・外輪本体部
６Ａ・・・外輪本体部６の円筒状外面
６Ｂ・・・外輪本体部６の大径円筒状内面部分
６Ｂ１・・・大径円筒状内面部分６Ｂの係止部
６Ｃ・・・外輪本体部６のフック溝
７・・・外輪部材５の側壁部
７Ａ・・・側壁部７の短円筒状内面
７Ｂ・・・側壁部７の橋絡部
７Ｃ・・・側壁部７の係止用突起
Ｓ１・・・内輪部材１の空部
Ｓ２・・・外輪部材５の空部
Ｚ・・・係止用溝２Ｃの傾斜面

Claims (4)

1. 内輪本体部と該内輪本体部の一方の端部に一体的に形成されているシールド部とからなる内輪部材と、外輪部材と、これら内輪部材と外輪部材との間に設けられたトルク発生部材とを備えたトルク利用物品において、
   前記外輪部材は、外輪本体部と、該外輪本体部と一体的に形成された側壁部とからなり、
   前記シールド部は、前記外輪本体部の一方の端部における内面に沿って延びる第１の短円筒状部分を有し、該第１の短円筒状部分は前記外輪本体部の前記一方の端部における前記内面と接触するか又は微小距離だけ隔てて位置し、前記内輪本体部と前記第１の短円筒状部分との間には空部Ｓ１が形成されており、
   前記外輪部材の前記側壁部は前記内輪本体部の他端に係合する第２の短円筒状部分を有し、前記外輪本体部と前記第２の短円筒状部分との間には空部Ｓ２が形成されており、
   前記シールド部の前記第１の短円筒状部分と前記外輪本体部の前記一方の端部における前記内面とには、互いに係止し合う第１の凹部と第１の凸部とが形成されており、
   前記外輪部材の前記側壁部における前記第２の短円筒状部分と前記内輪本体部の他端部における前記第２の円筒状部分の外面には、互いに係止し合う第２の凹部と第２の凸部とが形成されており、
   前記内輪部材と前記外輪部材とを係止するとき、前記空部Ｓ１、Ｓ２が前記第１と第２の凹部と前記第１と第２の凸部とに弾性力を与え、係止を楽にすると共に係止状態を安定に保持することを特徴とするトルク利用物品。
2. 請求項１において、
   前記内輪部材及び前記外輪部材の少なくとも一方は、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなることを特徴とするトルク利用物品。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記内輪部材の前記内輪本体部の円筒形状外面は、梨地状又はディンプル状の肌面、あるいは長さ方向に延びる縦溝を有することを特徴とするトルク利用物品。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
   前記トルク利用物品は、トルクリミッタ、クラッチ、トルクヒンジの内のいずれかであることを特徴とするトルク利用物品。

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