JP6114681B2 - トルクリミタ - Google Patents

Description

本発明は、トルクリミタに関し、更に詳細には、ばね式のトルクリミタに関する。

同一の中心軸線上に配置された第１の回転部材と第２の回転部材との間に、制限された値のトルク伝達を行うトルクリミタとしては、第１の回転部材の内周部に係合凹部が形成され、第２の回転部材には係合凹部に係脱可能に係合するローラと当該ローラを係合凹部に係合する方向に付勢するばねとが取り付けられ、ばねがローラに与えるばね力によって第１の回転部材と第２の回転部材との間に伝達するトルクの最大値（トルク制限値）を設定するばね式のものが知られている（例えば、特許文献１、２）。

他のばね式のトルクリミタとして、第１の回転部材の外周部に係合凹部が形成され、第２の回転部材には先端部にて係合凹部に係脱可能に係合するアームと当該アームを係合凹部に係合する方向に付勢するばねとが取り付けられ、ばねがアームに与えるばね力によって第１の回転部材と第２の回転部材との間に伝達するトルクの最大値を設定するものが知られている（例えば、特許文献３）。

特開平７−１９２５７号公報 特開２００９−９０４５１号公報 実開昭６１−８７２２９号公報

特許文献１、２に示されているトルクリミタでは、トルク制限値、つまり規定トルク値はばねの予荷重と係合凹部の形状とにより決まり、規定トルク値の設定の自由度が低い。特許文献３に示されているトルクリミタは、アームに対するばねの係止位置の変更によって規定トルク値を変更できるが、アームは一端を第２の回転部材に回動可能に取り付けられたものであるので、梃子作用をすることはなく、アーム長を変更しても規定トルク値を変更することができない。

本発明が解決しようとする課題は、規定トルク値の設定の自由度が高いトルクリミタを得ることである。

本発明によるトルクリミタは、同一の中心軸線上に配置された第１の回転部材（４０）と第２の回転部材（２０、３０）との間に、制限された値のトルク伝達を行うトルクリミタ（１０）であって、前記第１の回転部材（４０）の内周部に形成された係合凹部（４４）と、中間部を前記第２の回転部材（２０、３０）に当該第２の回転部材（２０、３０）の中心軸線と平行な軸線周りに回動可能に取り付けられ、一方の端部が前記係合凹部（４４）に係脱可能に係合するレバー部材（５４）と、一端を前記第２の回転部材（２０、３０）に係止され、他端を前記レバー部材（５４）の他方の端部に係止され、前記レバー部材（５４）の一端が前記係合凹部（４４）に係合する方向に前記レバー部材（５４）を付勢する引張りばね（６２）とを有する。

この構成によれば、トルクリミタ（１０）の規定トルク値は、引張りばね（６２）の予荷重と、係合凹部（４４）の形状に加えて、レバー部材（５４）のレバー比によって決まり、規定トルク値の設定の自由度が高い。

本発明によるトルクリミタは、好ましくは、前記レバー部材（５４）はベルクランク（５４）によって構成されている。

ベルクランク（５４）は、梃子作用に加えて、力の向きを変える変向作用をするので、ベルクランク（５４）の折曲角度の設定に応じて引張りばね（６２）の配置方向の自由度も大きくなり、トルクリミタ（１０）のコンパクト設計の自由度が高くなる。

本発明によるトルクリミタは、好ましくは、前記レバー部材（５４）の一端にローラ（５８）が前記第２の回転部材（２０、３０）の中心軸線と平行な軸線周りに回転可能に取り付けられ、前記レバー部材（５４）は前記ローラ（５８）を介して前記係合凹部（４４）に係脱可能に係合する。

この構成によれば、レバー部材（５４）の端部が係合凹部（４４）に係脱する動作が、ローラ（５８）の回転（転動）のもとに行われるので、引っかかり等の動作不良を生じることなく円滑且つ確実に行われる。

本発明によるトルクリミタは、好ましくは、前記係合凹部（４４）と前記レバー部材（５４）と前記引張りばね（６２）との組み合わせ構造が前記第１の回転部材（４０）及び前記第２の回転部材（２０、３０）の回転中心周りの複数個の回転対称位置に設けられている。

この構成によれば、トルクリミタ（１０）にラジアル方向の偏荷重が作用することがなく、回転支持部の偏摩耗を回避することができる。

本発明によるトルクリミタは、好ましくは、前記レバー部材（５４）には前記引張りばね（６２）の前記他端部を係止するばね係止部（６４）が当該レバー部材（５４）の長手方向に間隔をおいて複数個形成されており、前記引張りばね（６２）の前記他端部が前記複数個のばね係止部（６４）より選択された一つのばね係止部（６４）に係脱可能に係合する。

この構成によれば、引張りばね（６２）の前記他端部を係止するばね係止部（６４）が選択されることにより、トルクリミタ（１０）の規定トルク値の設定する要素が一つ増え、規定トルク値の設定の自由度が更に高くなる。

本発明によるトルクリミタによれば、トルクリミタの規定トルク値は、引張りばねの予荷重と、係合凹部の形状に加えて、レバー部材のレバー比によって決まり、規定トルク値の設定の自由度が高い。

本発明によるトルクリミタの一つの実施形態の要部を示す正面図（端板を取り外して示す正面図）。 図１の線II-IIに沿った断面図。 本実施形態によるトルクリミタの正面図（図２のＡ矢視図相当）。

以下に、本発明によるトルクリミタの一つの実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。

トルクリミタ１０は、第１の回転部材である外環部材４０と、第２の回転部材であるハブ部材２０と内部部材３０との結合体とを同一の中心軸線上に有する。

ハブ部材２０は、アルミニウム等の金属によって構成され、ボス部２２と、ボス部２２の軸線方向の一方の端部にあってボス部２２の外径より大きい外径の円盤状のフランジ部２４とを一体に有し、中心部にはキー溝付きの軸挿入孔２６が軸線方向に貫通して形成されている。ボス部２２には径方向に延在する止めねじ用のねじ孔２８が形成されている。

内部部材３０は、厚肉の金属板によって構成され、略円形状をしていて端板３２と共にねじ３４によってフランジ部２４の端面に固定されている。端板３２は、薄肉の金属板によって構成され、内部部材３０の外径より大きい外径の円形状をしていてねじ３４によって内部部材３０のフランジ部２４の側の端面とは反対の側の端面に固定されている。なお、端板３２の外径はフランジ部２４の外径に等しい。

内部部材３０の中心周りの２箇所の回転対称位置には、各々、内部部材３０の外周に開口した略矩形の切り欠き凹部３６が形成されている。内部部材３０の切り欠き凹部３６以外の部分の外周面３０Ａは、切り欠き凹部３６とは異なる内部部材３０の中心周りの２箇所の回転対称位置に各々所定の回転角範囲に亘って延在し、同心の円弧面として存在する。

外環部材４０は、金属或いは合成樹脂により構成され、円環状をしていて内周面４０Ａが内部部材３０の外周面３０Ａに摺動可能に嵌合した滑りガイドの形態をもって内部部材３０の外周部に中心軸線周りに回転可能に係合している。外環部材４０は、フランジ部２４と端板３２とによって軸線方向の両側から挟まれていることにより、内部部材３０の外周部より軸線方向に離脱することがない。外環部材４０には、図示されていないトルク伝達先あるいはトルク源の部材に連結するボルト（図示省略）のためのボルト通し孔４２が複数個、軸線方向に貫通形成されている。

切り欠き凹部３６はフランジ部２４と端板３２と外環部材４０とによって閉じられた密閉構造の空室５０をなしている。外環部材４０の内周部が切り欠き凹部３６に周方向に整合する２箇所には係合凹部４４が形成されている。２個の係合凹部４４は、外環部材４０の図１で見て時計廻り方向の回転において、各々、進み側が緩斜面４４Ａで、緩斜面４４Ａとは反対の遅れ側が急斜面４４Ｂになっていており、回転対称形状をしている。より詳細には、急斜面４４Ｂおよび急斜面４４Ｂに連続する係合凹部４４の底面は、後述するローラ５８の外径に等しい内径の円弧面になっており、緩斜面４４Ａは係合凹部４４の底面より内周面４０Ａ（係合凹部４４の部分以外の内周面）に至る直線的な傾斜面になっている。

２個の空室５０内には、各々フランジ部２４および端板３２を軸線方向に貫通して両端部をこれらに係止されたスプリングピン５２が軸線方向に延在している。スプリングピン５２は、固定軸をなし、空室５０内において金属板製のベルクランク５４の中間部５４Ａを当該スプリングピン５２の中心軸線周りに回動可能に支持している。換言すると、２個の空室５０内に各々配置されたベルクランク５４は、折曲部である中間部５４Ａをスプリングピン５２によって当該ハブ部材２０の中心軸線と平行な軸線周りに回動可能に取り付けられている。

ベルクランク５４が中間部５４Ａより外環部材４０の略円周方向に沿って延在する側の一端部５４Ｂにはピン５６によって合成樹脂製の板状のローラ５８は、スプリングピン５２を中心としたベルクランク５４の回動によって係合凹部４４に係脱可能に係合する。なお、ローラ５８はベルクランク５４の軸線方向の両側に１個ずつある。これに応じて、内部部材３０の軸線方向寸法（板厚）は、ベルクランク５４の板厚と２個のローラ５８の板厚との合計値より少し大きい寸法に設定される。

内部部材３０の切り欠き凹部３６の近傍部にはスリット３８が形成されている。スリット３８には板状のばね止め部材６０が係合している。ばね止め部材６０には引張りコイルばね６２のフック形状の一端部６２Ａが係止されている。ベルクランク５４が中間部５４Ａより外環部材４０の略径方向に沿って延在する側の他端部５４Ｃにはノッチ形状のばね係止凹部６４が形成されている。ばね係止凹部６４には引張りコイルばね６２のフック形状の他端部６２Ｂが係止されている。

引張りコイルばね６２は、２個の空室５０毎にあって内部部材３０とベルクランク５４との間にベルクランク５４の一端部５４Ｂの側（中間部５４Ａと一端部５４Ｂとの間の腕部）と略平行に延在し、予荷重を与えられた状態で内部部材３０とベルクランク５４とに組み付けられることにより、ローラ５８が係合凹部４４に係合する方向に、つまり図１で見て時計廻り方向にベルクランク５４を付勢している。

ばね係止凹部６４は、ベルクランク５４の他端部５４Ｃ側（中間部５４Ａと他端部５４Ｃとの間の腕部）の延在方向（長手方向）に間隔をおいて複数個形成されている。引張りコイルばね６２の他端部６２Ｂは複数個のばね係止凹部６４より選択された一つのばね係止凹部６４に係脱可能に係合する。

このようにして、上述した係合凹部４４とベルクランク５４とローラ５８と引張りコイルばね６２との組み合わせ構造は、ハブ部材２０、内部部材３０及び外環部材４０の共通の回転中心周りの２個の回転対称位置に各々設けられる。

なお、空室５０には、外環部材４０とローラ５８との摩擦抵抗等の低減のために、グリース等の潤滑剤が充填されていてよい。

次に、上述の構成によるトルクリミタ１０の作用について説明する。ここでは、ハブ部材２０の軸挿入孔２６に挿入された軸部材（図示省略）が、トルク源、つまり駆動側で、外環部材４０に連結された部材（図示省略）が、トルク伝達先、つまり従動側であるとする。

ハブ部材２０が図１で見て時計廻り方向に回転駆動される場合には、ハブ部材２０より外環部材４０へ伝達されるトルク（正トルク）によってローラ５８が係合凹部４４の緩斜面４４Ａに押し付けられる。この正トルクが規定トルク値未満である場合には、ローラ５８が伝達トルクによって係合凹部４４の緩斜面４４Ａに押し付けられる荷重によってベルクランク５４を、スプリングピン５２を中心として、図１で見て反時計廻り方向に付勢する方向の分力は、引張りコイルばね６２のばね力より小さいので、引張りコイルばね６２のばねによってローラ５８が係合凹部４４に係合した状態が保たれ、ハブ部材２０と外環部材４０とが相対回転変位することなく、ハブ部材２０の回転がベルクランク５４およびローラ５８を経由して外環部材４０に伝達される。

ハブ部材２０の正トルクが増大すると、ローラ５８が係合凹部４４の緩斜面４４Ａに押し付けられる荷重が増大し、それに応じてベルクランク５４を、引張りコイルばね６２のばね力に抗して、スプリングピン５２を中心として、図１で見て反時計廻り方向に付勢する方向の分力も増大する。ハブ部材２０の正トルクが規定トルク値に近付くと、ベルクランク５４が引張りコイルばね６２のばね力に抗して、スプリングピン５２を中心として、図１で見て反時計廻り方向に回動しつつローラ５８が緩斜面４４Ａを内周面４０Ａの側に転動し、ハブ部材２０の回転に対して外環部材４０が回転遅れを生じ、ハブ部材２０と外環部材４０とが相対回転変位する。これにより、相対回転変位分、ハブ部材２０より外環部材４０へ伝達されるトルクの増加が鈍化する。

これより更に正トルクが増大し、正トルクが規定トルク値に達すると、ベルクランク５４を、引張りコイルばね６２のばね力に抗して、スプリングピン５２を中心として、図１で見て反時計廻り方向に付勢する方向の分力が更に増大し、ベルクランク５４が引張りコイルばね６２のばね力に抗して、スプリングピン５２を中心として、図１で見て反時計廻り方向に回動と共にローラ５８が係合凹部４４より完全に抜け出し、ローラ５８が内周面４０Ａを転動する状態で、ハブ部材２０と外環部材４０とが相対回転変位し、ハブ部材２０より外環部材４０へトルク伝達が行われなくなる。

ハブ部材２０が図１で見て反時計廻り方向に回転駆動される場合には、ハブ部材２０より外環部材４０へ伝達されるトルク（反トルク）によってローラ５８が係合凹部４４の急斜面４４Ｂに押し付けられ、反トルクの増大に応じて上述の正トルクの場合と同等の作用が得られる。反トルクの場合には、ローラ５８が係合凹部４４の急斜面４４Ｂを乗り越えることになるので、ベルクランク５４に作用する引張りコイルばね６２のばね力が正トルクの場合と同じであっても、規定トルク値は正トルクの場合より高いものになる。

上述の構成によるトルクリミタ１０の規定トルク値は、引張りコイルばね６２の予荷重と、係合凹部４４の形状に加えて、ベルクランク５４は梃子作用をするので、ベルクランク５４のレバー比、折曲角、引張りコイルばね６２の他端部６２Ｂを係止するばね係止凹部６４の選択によって決まり、規定トルク値の設定の自由度が高い。これにより、同一サイズのトルクリミタ１０における規定トルク値の設定幅が大きくなり、規定トルク値が高トルクであっても、トルクリミタ１０を大型化する必要がない。

ベルクランク５４は、梃子作用に加えて、力の向きを変える変向作用をするので、折曲角度の設定に応じて引張りコイルばね６２の配置方向の自由度も大きくなり、トルクリミタ１０のコンパクト設計の自由度が高くなる。換言すると、規定トルク値が高トルクであっても、トルクリミタ１０を大型化する必要がない。

ベルクランク５４の端部が係合凹部４４に係脱する動作は、ハブ部材２０の回転方向の如何に拘わらずローラ５８の回転（転動）のもとに行われるので、引っかかり等の動作不良を生じることなく円滑且つ確実に行われる。

係合凹部４４とベルクランク５４とローラ５８と引張りコイルばね６２との組み合わせ構造が、ハブ部材２０、内部部材３０及び外環部材４０の共通の回転中心周りの２個の回転対称位置に各々設けられているので、トルクリミタ１０に径方向（ラジアル方向）の偏荷重が作用することがなく、回転支持部の偏摩耗を回避することができる。また、この配置によれば、２個の引張りコイルばね６２は、内部部材３０の中心部の両側に互いに平行に径方向に延在することになり、軸長がある２個の引張りコイルばね６２を内部部材３０にコンパクトに配置することができる。このことによっても、トルクリミタ１０のコンパクト設計の自由度が高くなる。

第１の回転部材である外環部材４０と、第２の回転部材であるハブ部材２０と内部部材３０との結合体とを、軸線方向の相対変位は生じない態様で、相対回転可能に連結することが、ハブ部材２０のフランジ部２４と、内部部材３０を挟んでハブ部材２０に固定された端板３２とによって外環部材４０を軸線方向の両側から挟み込み、内部部材３０の外周部を軸受部（回転ガイド部）として外環部材４０が内部部材３０に対して回転可能である構造になっているので、構造が簡単で、且つ確実な動作を保証することができる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、ベルクランク５４に代えて直線状のレバー部材が用いられてもよい。係合凹部４４は、回転方向の進み側と遅れ側とで対称な形状であってもよい。

係合凹部４４とベルクランク５４とローラ５８と引張りコイルばね６２との組み合わせ構造の個数は２個に限られることはなく、１個であっても、３個以上の複数個であってもよい。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。例えば、ローラ５８は必須ではなく、ベルクランク５４の端部が直接に係合凹部４４に係脱する構造であってもよい。

１０ トルクリミタ
２０ ハブ部材（第２の回転部材）
３０ 内部部材（第２の回転部材）
３２ 端板
３６ 切り欠き凹部
４０ 外環部材（第１の回転部材）
４４ 係合凹部
５０ 空室
５４ ベルクランク（レバー部材）
５８ ローラ
６２ 引張りコイルばね（引張りばね）
６４ ばね係止凹部

Claims (7)

1. 同一の中心軸線上に配置された第１の回転部材と第２の回転部材との間に、制限された値のトルク伝達を行うトルクリミタであって、
   前記第１の回転部材の内周部に形成された係合凹部と、
   中間部を前記第２の回転部材に当該第２の回転部材の中心軸線と平行な軸線周りに回動可能に取り付けられ、一方の端部が前記係合凹部に係脱可能に係合するレバー部材と、
   一端部を前記第２の回転部材に係止され、他端部を前記レバー部材の他方の端部に係止され、前記レバー部材の一端が前記係合凹部に係合する方向に前記レバー部材を付勢する引張りばねとを有し、
   前記レバー部材はベルクランクによって構成されているトルクリミタ。
2. 前記レバー部材の一端部にローラが前記第２の回転部材の中心軸線と平行な軸線周りに回転可能に取り付けられ、前記レバー部材は前記ローラを介して前記係合凹部に係脱可能に係合する請求項１に記載のトルクリミタ。
3. 前記係合凹部は、周方向の一方の側が緩斜面で、周方向のもう一方の側が急斜面になっている請求項１または２に記載のトルクリミタ。
4. 前記係合凹部と前記レバー部材と前記引張りばねとの組み合わせ構造が前記第１の回転部材及び前記第２の回転部材の回転中心周りの複数個の回転対称位置に設けられている請求項１から３の何れか一項に記載のトルクリミタ。
5. 前記組み合わせ構造は前記第１の回転部材及び前記第２の回転部材の回転中心周りの２個の回転対称位置に設けられており、各組み合わせ構造の前記引張りばねが、前記第１の回転部材及び前記第２の回転部材の回転中心を隔てた両側に、互いに平行に延在している請求項４に記載のトルクリミタ。
6. 前記レバー部材には前記引張りばねの前記他端部を係止するばね係止部が当該レバー部材の長手方向に間隔をおいて複数個形成されており、前記引張りばねの前記他端部が前記複数個のばね係止部より選択された一つのばね係止部に係脱可能に係合する請求項１から５の何れか一項に記載のトルクリミタ。
7. 前記第１の回転部材が円環状の外環部材によって構成され、前記第２の回転部材がハブ部材と円盤状の内部部材との結合体によって構成され、前記内部部材を挟んで前記ハブ部材に固定された端板と前記ハブ部材とによって前記外環部材が軸線方向の両側から挟み込まれ、前記内部部材の外周部を回転ガイドとして前記外環部材が前記内部部材に対して回転可能である請求項１から６の何れか一項に記載のトルクリミタ。

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