JP5361451B2 - トルクリミッタ及びその組み付け方法 - Google Patents

Description

この発明は、一定以上のトルクが作用したとき、１対の回転体が相対回転して回転力が伝達されないようにしたトルクリミッタに関する。

この種のトルクリミッタとして特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この従来のトルクリミッタは、第１回転体を第２回転体に相対回転可能に挿入するとともに、上記第１回転体にコイルスプリングを巻きつけている。このコイルスプリングはノーマル状態で第１回転体に圧接させるとともに、コイルスプリングの一端に設けた一方の掛け止め部を第２回転体の一方に接触させ、他方の掛け止め部を第２回転体の他方に接触させている。

そして、第１，２回転体を上記コイルスプリングの圧接力を開放する方向に相対回転させるが、第１，２回転体に作用するトルクが、上記圧接力に打ち勝つ大きさになったとき、第１，２回転体が相対回転して、回転力が伝達されないようにしている。

上記のように構成したトルクリミッタでは、コイルスプリングの両端に設けた掛け止め部を止める部分にいわゆるバックラッシュがあると、性能がバラついてしまう。このようなバラつきは、例えば、上記第１回転体の加工精度などによる外径寸法の誤差、コイルスプリングの太さや長さなどの寸法誤差などによって発生するもので、それらの誤差はきわめて微妙であり、それを完全になくすことはほとんど不可能である。そのためにバックラッシュが発生しやすいというのが現実である。
また、上記のように各構成要素間の寸法誤差だけでなく、コイルスプリングを変更してトルクを調整する場合にも、バックラッシュが発生しやすくなる。

このようなバックラッシュの発生を極力なくすために、上記特許文献１に記載されたトルクリミッタは、コイルスプリングの上記掛け止め部を止める位置を複数形成して、その都度、掛け止め部を止める位置を選択できるようにしている。

特開平１０−１１０７３９号公報

上記のようにした従来のトルクリミッタでは、上記掛け止め部を止める位置をあらかじめ複数設けておき、状況に応じてその位置を選択するようにしているので、掛け止め部を止める位置を無段階に調整できないという問題があった。なぜなら、上記したようにバックラッシュの原因が、各構成要素間の微妙な寸法誤差にあるので、あらかじめ設定した複数の位置を選択することでは、バックラッシュをなくすことができないからである。
なお、場合によっては、一定のバックラッシュを積極的に確保する場合もあるが、いずれにしても従来のトルクリミッタでは、掛け止部を止める位置を無段階に調整できないという問題があった。
この発明の目的は、コイルスプリングの掛け止め位置を無段階に調整できるようにしたトルクリミッタを提供することである。

この発明は、第１回転体と第２回転体とを相対回転可能にするとともに、第１回転体にコイルスプリングの内径部あるいは外径部を圧接させる一方、コイルスプリングの一端に突出させた一方の掛け止め部と、他端に突出させた他方の掛け止め部のそれぞれを、第２回転体に掛け止めてなるトルクリミッタを前提にしている。

そして、第１の発明は、上記一方及び他方の掛け止め部が、上記コイルスプリングの内側あるいは外側に突出してなり、上記第２回転体は一対の部材からなり、一方の部材には一方の掛け止め凹部を形成するとともにこの一方の掛け止め凹部内で円周方向において対向する側面の一方を上記一方の掛け止め部が接触する一方の接触面とし、他方の部材には他方の掛け止め凹部を形成するとともにこの他方の掛け止め凹部内で円周方向において対向する側面の一方を上記他方の掛け止め部が接触する他方の接触面とし、上記両回転体の一方の相対回転方向に対して一方の掛け止め部を上記一方の部材の接触面に接触させるかあるいは一定の間隔を保ち、他方の相対回転方向に対して他方の掛け止め部を上記他方の部材の接触面に接触させるかあるいは一定の間隔を保つとともに、上記一方及び他方の部材の両接触面の軸方向長さを、上記コイルスプリングを形成する線材の太さより長くする構成にし、上記両部材を相対回転させることによって両掛け止め部と両接触面との相対位置を特定した組み付け状態を保って上記両部材を固定したものである。

第２の発明は、第１回転体と第２回転体とを相対回転可能にするとともに、第１回転体にコイルスプリングの内径部あるいは外径部を圧接させ、第２回転体は一対の部材から構成する一方、コイルスプリングの一端に突出させた一方の掛け止め部と、他端に突出させた他方の掛け止め部のそれぞれを、上記一対の部材のそれぞれに別々に設けた掛け止め凹部に掛け止めてなるトルクリミッタの組み付け方法であって、第１回転体にコイルスプリングの内径部あるいは外径部を圧接させてから、コイルスプリングの一端に突出させた一方の掛け止め部と、他端に突出させた他方の掛け止め部とのそれぞれを、上記一対の部材のそれぞれに別々に形成した掛け止め凹部に挿入するとともに、上記コイルスプリングの第１回転体に対する圧接状態及び上記掛け止め部の挿入状態を保って、上記一対の部材を相対回転させて上記コイルスプリングの両掛け止め部をそれぞれ上記掛け止め凹部内の接触面に接触させてバックラッシュを取り除き、その後に上記両部材を固定するトルクリミッタの組み付け方法である。

第１および２の発明によれば、コイルスプリングの一方の掛け止め部を一方の接触面に接触させた状態で、第２回転体の両部材を少し相対回転させてから、他方の掛け止め部を他方の接触面に接触させるようにしたので、上記掛け止め部と接触面との相対位置を無段階に調整することができる。
このように掛け止め部と接触面の相対位置を無段階に調整できるので、各構成部品間に微妙な寸法誤差があっても、掛け止め部と接触面との間にバックラッシュが発生せず、性能のバラつきを完全になくすことができる。
また、コイルスプリングを変更してトルクを調整する場合にも、バックラッシュが発生しないので、その調整がやりやすくなる。

第１実施形態を示すもので、一方の方向から見た分解斜視図である。 第１実施形態を示すもので、他方の方向から見た分解斜視図である。 第１実施形態を示す図４のIII−III線断面の展開図である。 第１実施形態を示す図３のIV−IV線断面図である。 第２実施形態の断面図である。 第３実施形態の断面図である。 第４実施形態の断面図である。

図１〜４に示した第１実施形態は、筒状の第１回転体Ｒ１を、同じく筒状の第２回転体Ｒ２に相対回転可能に挿入している。
上記第１回転体Ｒ１は、図２からも明らかなように、その中心に軸孔１を形成するとともに、この軸孔１の一方の端面に環状凸部２を形成し、この環状凸部２にはその直径方向に一対の凹部３，３を形成している。
このようにした第１回転体Ｒ１の軸孔１には、図示していない回転軸を挿入するが、この回転軸には、その直径方向に一対のピンを起立させ、このピンを上記凹部３，３に挿入して、第１回転体Ｒ１と上記回転軸とが一体回転する構成にしている。

上記のようにした第１回転体Ｒ１の外周には、図３，４に示すようにコイルスプリングＳをはめるが、このコイルスプリングＳはそれを第１回転体Ｒ１にはめたノーマル状態では、コイルスプリングＳの内径部が第１回転体Ｒ１の外周に圧接する寸法関係を維持している。
そして、上記コイルスプリングＳの両端には、回転方向に位相差を設けて掛け止め部４，５を外側に向けて突出させている。これら掛け止め部４，５に互いに反対方向の力を作用させることによって、コイルスプリングＳのコイル径が拡大する関係にしている。

一方、第２回転体Ｒ２は、一対の部材ａ，ｂからなるもので、その一方の部材ａは、その一方の端面に内径方向に突出したフランジ部６を形成するとともに、このフランジ部６に隣接する内側には軸受部７を形成している。この軸受部７の内径は、他の部分の内径よりも小さくするとともに、その内径は上記第１回転体Ｒ１の外径とほぼ等しくし、この軸受部７に第１回転体Ｒ１が相対回転自在にぴったりとはまる構成にしている。

また、上記軸受部７に隣接する内側には、内径を軸受部７よりも大きくした肉厚部８を形成しているが、この肉厚部８の内径を、第１回転体Ｒ１の外周にはめたコイルスプリングＳの外径よりもさらに大きくしている。そして、この肉厚部８には、図２〜４からも明らかなように、一方の掛け止め凹部９を形成し、その掛け止め凹部９内には、上記第１回転体Ｒ１にはめたコイルスプリングＳの一方の掛け止め部５を挿入する。そして、この掛け止め凹部９内で、円周方向において対向する一方の側面を接触面９ａとし、コイルスプリングＳの掛け止め部５がこの接触面９ａに接触するようにしている。

さらに、上記一方の部材ａの上記肉厚部８に隣接して挿入穴部１０を形成しているが、この挿入穴部１０の内径は、肉厚部８の内径よりも大きくしている。
そして、上記挿入穴部１０には、上記他方の部材ｂの筒部１１を挿入するが、この他方の部材ｂは、上記筒部１１とこの筒部１１と一体にした軸受部１２とからなる。
なお、上記筒部１１の内径は、第１回転体Ｒ１の外周にはめたコイルスプリングＳの外径よりも大きくなるようにしている。

上記軸受部１２の内径は、第１回転体Ｒ１の環状凸部２の外径とほぼ等しくして、この軸受部１２に挿入された上記環状凸部２を回転自在に支持するものである。
また、上記筒部１１は、一方の部材ａの挿入穴部１０にがたつきがなくぴったりと挿入される外径を有するとともに、所定の箇所に他方の掛け止め凹部１３を形成している。この掛け止め凹部１３内には、上記第１回転体Ｒ１にはめたコイルスプリングＳの掛け止め部４を挿入する。そして、この掛け止め凹部１３内で、円周方向において対向する一方の側面を接触面１３ａとし、コイルスプリングＳの掛け止め部４がこの接触面１３ａに接触するようにしている。

上記のようにしたトルクリミッタを組み付けるには、先ずコイルスプリングＳを第１回転体Ｒ１の外周にはめる。そして、コイルスプリングＳをはめた第１回転体Ｒ１を、第２回転体Ｒ２の一方の部材ａ内に組み込むが、このときには環状凸部２とは反対側となる第１回転体Ｒ１の先端を、一方の部材ａの軸受部７に挿入する。また、これと同時にコイルスプリングＳの掛け止め部５を掛け止め凹部９に挿入する。この段階では、掛け止め部５が掛け止め凹部９内でがたついていてもよい。

上記のように第１回転体Ｒ１を、第２回転体Ｒ２の一方の部材ａに組み込んだら、今度はこの一方の部材ａに、他方の部材ｂを組み込む。すなわち、他方の部材ｂの筒部１１を一方の部材ａの挿入穴部１０に挿入するとともに、このときに他方の部材ｂの掛け止め凹部１３に、コイルスプリングＳの掛け止め部４を挿入する。この段階でも、掛け止め部４は掛け止め凹部１３内でがたついていてもよい。

上記のように一方の部材ａの掛け止め凹部９に掛け止め部５を挿入し、他方の部材ｂの掛け止め凹部１３に掛け止め部４を挿入したら、両部材ａ，ｂを相対回転させるが、その相対回転の方向は、上記両掛け止め部４，５に互いに反対方向の力を作用させてコイルスプリングＳのコイル径を拡大させる方向である。
これによって、コイルスプリングＳの掛け止め部５，４が掛け止め凹部９，１３の接触面９ａ，１３ａに接触するが、この組み付け時の接触状態では、コイルスプリングＳがノーマル状態すなわちコイルスプリングＳの内周が、第１回転体Ｒ１の外周に圧接する状態を保つようにしている。

上記のように両部材ａ，ｂを相対回転させることによって、いずれの掛け止め部５，４も接触面９ａ，１３ａにぴったりと接触するので、この状態では、掛け止め部５，４と接触面９ａ，１３ａとのバックラッシュは完全に取り除かれる。
一方の部材ａと他方の部材ｂとの相対位置を、バックラッシュが完全に取り除かれた状態に保ってから、上記他方の部材ｂの軸受部１２を一方の部材ａに溶着あるいは接着して、一方の部材ａと他方の部材ｂとを固定する。

したがって、この実施形態によれば、各構成要素間に微妙な寸法誤差があったとしても、両部材ａ，ｂの相対回転位置を調整することによって、バックラッシュを取り除くことができる。また、トルクを調整するためにコイルスプリングＳを交換するような場合にも、バックラッシュを取り除くことができる。

そして、上記した図示していない回転軸を一定の方向に回転させると、それにともなって第１回転体Ｒ１も回転する。このとき第１回転体Ｒ１と第２回転体Ｒ２との伝達回転トルクが、コイルスプリングＳの上記圧接状態を保つためのばね力よりも大きくなると、その力は、上記掛け止め部４，５を互いに反対方向に移動させる力となり、コイルスプリングＳのコイル径を拡大する。

上記のようにコイルスプリングＳのコイル径が拡大すれば、第１回転体Ｒ１に対するコイルスプリングＳの圧接力が弱くなり、第１，２回転体Ｒ１，Ｒ２が空回りして、第１回転体Ｒ１の回転力が、第２回転体Ｒ２に伝達されなくなる。
なお、この第１実施形態において、各構成要素の材質は限定されないが、第１回転体Ｒ１は強度を維持するために金属であることが好ましく、第２回転体Ｒ２はその加工の容易性あるいは両部材ａ，ｂの溶着性等を考慮すると樹脂であることが好ましい。

図５に示した第２実施形態は、部材ａと部材ｂとを固定するのにピン１４を用いたもので、その他の構成は第１実施形態と同じである。ただし、上記ピン１４は、第２回転体Ｒ２にあらかじめ形成したピン穴に挿入しておき、両部材ａ，ｂの相対位置が決まってから、ピン１４を部材ｂに打ち込むものである。
また、図６に示した第３実施形態は、部材ａと部材ｂとを固定するのにネジ１５を用いたもので、その他の構成は第１実施形態と同じである。

図７に示した第４実施形態は、筒状の第１回転体Ｒ１内に第２回転体Ｒ２を組み込んだものである。
そして、上記第１回転体Ｒ１は、その一方の端面に内径方向に突出したフランジ部１６を形成するとともに、このフランジ部１６に隣接する内側には軸受部１７を形成している。また、この軸受部１７に隣接する内周部分には、コイルスプリングＳを組み込んでいるが、このコイルスプリングＳは、それを第１回転体Ｒ１にはめたノーマル状態で、コイルスプリングＳの外径部が第１回転体Ｒ１の外周に圧接する寸法関係を維持している。

そして、上記コイルスプリングＳの両端には、回転方向に位相差を設けて掛け止め部１８，１９を内側に向けて突出させている。これら掛け止め部１８，１９に互いに反対方向の力を作用させることによって、コイルスプリングＳのコイル径が縮小する関係にしている。

一方、第２回転体Ｒ２は、円筒状の一方の部材ａと、この円筒状の一方の部材ａにはめて軸受機能を発揮する他方の部材ｂとからなる。そして、一方の部材ａは、その一端の外径を上記軸受部１７の内径とほぼ一致させて、この軸受部１７に上記一方の部材ａの先端が相対回転自在にぴったりとはまる構成にしている。

また、上記一方の部材ａは、その中心に軸孔２０を形成するとともに、この軸孔２０の一方の端面に環状凸部２１を形成し、この環状凸部２１にはその直径方向に一対の凹部２２を形成している。
このようにした上記一方の部材ａの軸孔２０には、図示していない回転軸を挿入するが、この回転軸には、その直径方向に一対のピンを起立させ、このピンを上記凹部２２に挿入して、第２回転体Ｒ２の一方の部材ａと上記回転軸とが一体回転する構成にしている。この構成は第１実施形態の第１回転体Ｒ１と同様である。

そして、上記一方の部材ａであって、軸受部１７に支持される側に掛け止め凹部２３を形成し、この掛け止め凹部２３に上記コイルスプリングＳの一方の掛け止め部１８を挿入するようにしている。
さらに、上記他方の部材ｂは、筒部２４とこの筒部２４と一体にした軸受部２５とからなる。
上記筒部２４は、一方の部材ａの外周にぴったりとはまる内径を有するとともに、この筒部２４の先端部分に掛け止め凹部２６を形成している。

上記のようにしたトルクリミッタを組み付けるには、先ずコイルスプリングＳを第１回転体Ｒ１の内周にはめる。そして、コイルスプリングＳをはめた第１回転体Ｒ１に、第２回転体Ｒ２の一方の部材ａを組み込むが、このときには上記軸受部２５とは反対側となる一方の部材ａの先端を、第１回転体Ｒ１の軸受部１７に挿入する。また、これと同時にコイルスプリングＳの掛け止め部１８を掛け止め凹部２３に挿入する。この段階では、掛け止め部１８が掛け止め凹部２３内でがたついていてもよい。

さらに、他方の部材ｂの筒部２４に一方の部材ａを組み入れながら、軸受部２５の外周に形成した環状突起２７を、第１回転体Ｒ１の開口部内周に形成した環状凹部２８に押し込み、軸受部２５と第１回転体Ｒ１とを相対回転可能に維持した状態で、部材ａ，ｂが軸方向に抜けないように支持する。これと同時に、コイルスプリングＳの掛け止め部１９を掛け止め凹部２６に挿入するが、この段階では、掛け止め部１９が掛け止め凹部２６内でがたついていてもよい。

上記のように一方の部材ａの掛け止め凹部２３に掛け止め部１８を挿入し、他方の部材ｂの掛け止め凹部２６に掛け止め部１９を挿入したら、両部材ａ，ｂを相対回転させるが、その相対回転の方向は、上記両掛け止め部１８，１９に互いに反対方向の力を作用させてコイルスプリングＳのコイル径を縮小させる方向である。
これによって、コイルスプリングＳの掛け止め部１８，１９が掛け止め凹部２３，２６の接触面に接触するが、この組み付け時の接触状態では、コイルスプリングＳがノーマル状態すなわちコイルスプリングＳの外周が、第１回転体Ｒ１の内周に圧接する状態を保つようにしている。

上記のように両部材ａ，ｂを相対回転させることによって、いずれの掛け止め部１８，１９も、上記掛け止め凹部２３，２６内の接触面にぴったりと接触するので、この状態では、掛け止め部１８，１９と上記接触面とのバックラッシュは完全に取り除かれる。
そして、上記のように一方の部材ａと他方の部材ｂとの相対位置を、バックラッシュが完全に取り除かれた状態に保ってから、上記他方の部材ｂの軸受部２５を一方の部材ａに溶着あるいは接着して、一方の部材ａと他方の部材ｂとを固定する。

したがって、この第４実施形態においても、各構成要素間に微妙な寸法誤差があったとしても、両部材ａ，ｂの相対回転位置を調整することによって、バックラッシュを取り除くことができる。また、トルクを調整するためにコイルスプリングを交換するような場合にも、バックラッシュを取り除くことができる。

そして、上記した図示していない回転軸を一定の方向に回転させると、それにともなって第２回転体Ｒ２も回転する。このとき第１回転体Ｒ１と第２回転体Ｒ２との伝達回転トルクが、コイルスプリングＳの上記圧接状態を保つためのばね力よりも大きくなると、その力は、上記掛け止め部１８，１９を互いに反対方向に移動させる力となり、コイルスプリングＳのコイル径を縮小する。

上記のようにコイルスプリングＳのコイル径が縮小すれば、第１回転体Ｒ１に対するコイルスプリングＳの圧接力が弱くなり、第１，２回転体Ｒ１，Ｒ２が空回りして、第２回転体Ｒ２の回転力が、第１回転体Ｒ１に伝達されなくなる。
なお、この第４実施形態においても、各構成要素の材質は限定されないが、第２回転体Ｒ２は強度を維持するために金属であることが好ましく、第１回転体Ｒ１はその加工の容易性あるいは両部材ａ，ｂの溶着性等を考慮すると樹脂であることが好ましい。

以上のとおり、第１実施形態においては、第２回転体Ｒ２の両部材ａ，ｂを相対回転させ、掛け止部４，５が掛け止め凹部９，１３の接触面９ａ，１３ａに接触させて、バックラッシュを取り除いてから、両部材ａ，ｂを固定するものについて説明した。
また、第４実施形態においては、第１実施形態と同様に、第２回転部材Ｒ２の両部材ａ，ｂを相対回転させ、掛け止部１８，１９が掛け止め凹部２３，２６の接触面２３ａ，２６ａに接触させて、バックラッシュを取り除いてから、両部材ａ，ｂを固定するものについて説明した。
しかし、場合によっては、任意のバックラッシュを必要とする場合もある。このような場合には、その必要とするバックラッシュ分だけ、掛け止め部と掛け止凹部の接触面との間に一定の間隔を保った状態で、両部材ａ，ｂを固定させることになる。

例えば、コピー機の紙送り用の回転体に動力を伝達するのに適している。

Ｒ１ 第１回転体
Ｒ２ 第２回転体
Ｓ コイルスプリング
４ 掛け止め部
５ 掛け止め部
ａ 一方の部材
ｂ 他方の部材
９ａ 一方の接触面
１３ａ 他方の接触面
１８ 掛け止め部
１９ 掛け止め部

Claims (2)

1. 第１回転体と第２回転体とを相対回転可能にするとともに、第１回転体にコイルスプリングの内径部あるいは外径部を圧接させる一方、コイルスプリングの一端に突出させた一方の掛け止め部と、他端に突出させた他方の掛け止め部のそれぞれを、第２回転体に掛け止めてなるトルクリミッタにおいて、上記一方及び他方の掛け止め部は、上記コイルスプリングの内側あるいは外側に突出してなり、上記第２回転体は一対の部材からなり、一方の部材には一方の掛け止め凹部を形成するとともにこの一方の掛け止め凹部内で円周方向において対向する側面の一方を上記一方の掛け止め部が接触する一方の接触面とし、他方の部材には他方の掛け止め凹部を形成するとともにこの他方の掛け止め凹部内で円周方向において対向する側面の一方を上記他方の掛け止め部が接触する他方の接触面とし、上記両回転体の一方の相対回転方向に対して一方の掛け止め部を上記一方の部材の接触面に接触させるかあるいは一定の間隔を保ち、他方の相対回転方向に対して他方の掛け止め部を上記他方の部材の接触面に接触させるかあるいは一定の間隔を保つとともに、上記一方及び他方の部材の両接触面の軸方向長さを、上記コイルスプリングを形成する線材の太さより長くする構成にし、上記両部材を相対回転させることによって両掛け止め部と両接触面との相対位置を特定した組み付け状態を保って上記両部材を固定したトルクリミッタ。
2. 第１回転体と第２回転体とを相対回転可能にするとともに、第１回転体にコイルスプリングの内径部あるいは外径部を圧接させ、第２回転体は一対の部材から構成する一方、コイルスプリングの一端に突出させた一方の掛け止め部と、他端に突出させた他方の掛け止め部のそれぞれを、上記一対の部材のそれぞれに別々に設けた掛け止め凹部に掛け止めてなるトルクリミッタの組み付け方法であって、第１回転体にコイルスプリングの内径部あるいは外径部を圧接させてから、コイルスプリングの一端に突出させた一方の掛け止め部と、他端に突出させた他方の掛け止め部とのそれぞれを、上記一対の部材のそれぞれに別々に形成した掛け止め凹部に挿入するとともに、上記コイルスプリングの第１回転体に対する圧接状態及び上記掛け止め部の挿入状態を保って、上記一対の部材を相対回転させて上記コイルスプリングの両掛け止め部をそれぞれ上記掛け止め凹部内の接触面に接触させてバックラッシュを取り除き、その後に上記両部材を固定するトルクリミッタの組み付け方法。

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