JP6318207B2 - トルクリミッタ及びトルクリミッタの製造方法 - Google Patents
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Description
そして、従動ローラーJRにはトルクリミッタTLが組み込まれている。このトルクリミッタTLは、内輪Nと外輪G(ハウジングに相当)とを備え、内輪Nが固定されると共に、外輪Gは、従動ローラーJRに固着されてこれと一体的に回転する。
しかしながら、上側の用紙P1と下側の用紙P2とは上記摩擦力に比べて小さい微小相互吸着力によって吸着しているにすぎず、上側の用紙P1に上記摩擦力が付加されると上側の用紙P1は下側の用紙P2から剥離され、上側の用紙P1と下側の用紙P2との間には滑りが生じる。そのため、従動ローラーJRには下側の用紙P2を介して所定値以下の回転トルクしか付加されないこととなり、この場合にあっては、従動ローラーJRはトルクリミッタTLによってその回転がロックされる。従動ローラーJRがロックして下側の用紙P2の送りが停止すると、プリンタや複写機は運転を休止すると共に使用者に用紙が重層状態であることを報知し、重層した用紙の除去を促す。
まず、内輪NとコイルばねBとの間で生じる摩擦力は、コイルばねBの内径が押し拡げられることにより内輪Nを締め付ける締付力に比例し、コイルばねBの素線の径及びヤング率等で決定されるが、コイルばねBの素線は比較的細く、摩擦力を増大させるのが困難である。そのため、外輪Gと内輪Nとの間での伝達可能なトルクは制限され、例えば、伝達トルクの大きいロボットアームと駆動モーターとの間に、過負荷時の安全機構として設置されるトルクリミッタとしては、採用するのが難しい。そして、小型化すると伝達トルクも非常に小さくなるため、パソコンの蓋を駆動モーターで開閉するヒンジ部分など、スペースが狭い場所に設置するトルクリミッタとしても適切なものではない。
さらに、コイルばねを用いたトルクリミッタでは、コイルばね自体が振動を起こしやすいため、コイルばねと内輪とが相対的に回転しているときに、摩擦力が変動して安定した回転伝達を阻害することがある。
本発明は、コイルばねを利用するトルクリミッタにおけるこのような問題点を解決すると同時に、製造コストが安価であって量産に適した小型のトルクリミッタを提供することを課題とする。
「軸状の内輪と、前記内輪を囲む外側リングと、前記外側リングに隣接して配置された内側リングとが、共通の中心軸を有するようハウジング内に設置され、
前記外側リングは、前記内輪の貫通する孔が形成された外側平面部と、前記外側平面部の外周に接続された円錐面部とを有する板状の金属からなり、
前記内側リングは、前記外側リングの円錐面部に内側から当接して軸方向に押圧する対向円錐面部と、前記対向円錐面部の外周に接続される内側平面部とを有する板状の金属からなり、
前記内輪と前記外側リングとが相対回転不能に係合されるとともに、前記内側リングと前記ハウジングとが相対回転不能に係合されており、
前記内輪と前記ハウジングとの間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、前記外側リングの前記円錐面部と前記内側リングの前記対向円錐面部との間の摩擦力に抗して、前記内輪と前記ハウジングとが相対的に回転する」
ことを特徴とするトルクリミッタとなっている。
また、本発明のトルクリミッタにおいては、前記ハウジングを「軸方向の片側に端板が形成されるとともに軸方向の他側に開口が設けられ、内部に収容空間が形成された筒状部と、前記筒状部の開口をシールドする蓋部とを有する」構造とすることが好ましい。この場合には、前記蓋部を前記内側リングに当接させ、かつ、前記蓋部を軸方向に進退させることにより、前記外側リングの前記円錐面部と前記内側リングの前記対向円錐面部との間の摩擦力を調整することができる。
更にまた、本発明のトルクリミッタにおいては、前記内側リングの対向円錐面部が前記外側リングの円錐面部と当接して軸方向に押圧することで、前記内側リングの対向円錐面部は縮径すると共に前記外側リングの円錐面部は拡径するのが好ましい。
本発明のトルクリミッタの製造方法においては、外側リング及び内側リングは板状の金属からプレス成型により製造される。
ここで、外側リングと内側リングとは、いわゆる「輪ばね」として知られるばね装置に類似の構造をなしていて、軸方向の荷重により弾性変形し、内側リングの対向円錐面部が縮径すると同時に、外側リングの円錐面部は拡径する。この弾性変形に伴い、外側リングの円錐面部と内側リングの対向円錐面部との間には摩擦力が作用するが、その摩擦力は、外側リングと内側リングの軸方向の相対変位がごく少量であっても、非常に大きな値となる。そのため、本発明のトルクリミッタは、小型のものであったとしても、内輪(外側リングに係合)とハウジング(内側リングに係合)との間で大きなトルクの伝達が可能となり、例えば、各種の動力伝達系において、駆動モーター保護用のトルクリミッタに要するスペースを小さくすることができる。
そして、外側リングと内側リングは、共に板状の金属からなるものであって、平面部とそれに連なる円錐面部(又は対向円錐面部)とから形成される。こうした形状の外側リング及び内側リングは、適宜の金属板から加工容易なプレス加工により形成することができるため、トルクリミッタの製造効率を上昇させることができると共に製造コストを低減させることができ、量産化に好都合である。
所定値よりも大きなトルクが外側リングと内側リングとの間に作用して、両者が相対的に回転しているときは、コイルばねのように振動を生じることはないので、かかる相対回転に対する抵抗トルクは、変動の小さい安定したものとなる。
また、トルクリミッタのハウジングを、軸方向の片側に端板を設けるとともに他側を開口した筒状部と、その筒状部の開口をシールドする蓋部とを有するように構成した場合には、蓋部を内側リングに当接させ、かつ、その蓋部を軸方向に進退させることにより、外側リングの円錐面部と内側リングの対向円錐面部との間の摩擦力を適正な値に調整することができる。
更にまた、内側リングの対向円錐面部が外側リングの円錐面部と当接して軸方向に押圧した際に、内側リングの対向円錐面部が縮径すると共に外側リングの円錐面部が拡径するようにすることで、円錐面部と対向円錐面部とにかかる応力が分散され、トルクリミッタの使用寿命を延ばすことができる。
即ち、内輪2を大径部21側から、一対の内側リング4の一方を内側平面部41側から、一対の外側リング3の一方を円錐面部32側から、一対の外側リング3の他方を外側平面部31側から(然るに、一対の外側リング3の各々は、外側平面部31の外面が対向するように相互に対称的に配置される)、一対の内側リング4の他方を対向円錐面部42側から、夫々順次ハウジング1の開口11bを通して収容空間11c内に進入させて設置する(所望ならば、内輪2、一対の外側リング3、及び一対の内側リング4を、所要とおりに予め組み合わせておいた組み合わせ体をハウジング1の開口11bを通して収容空間11c内に進入させるようにしてもよい)。なお、内側リング4を収容空間11c内に進入させる際には、内側リング4の切欠き43及び切欠き44とハウジング1の突条11g及び係合突起11hとを夫々整合させた状態で、外側リング3を収容空間11c内に進入させる際には、外側リング3の切欠き33と内輪2の突部24とを整合させた状態で行う。これにより、内輪2、一対の外側リング3、及び一対の内側リング4がハウジング1の収容空間11c内に配置された状態にあっては、一対の外側リング3の各々は、外側平面部31の切欠き33が内輪2の突部24と係合して、内輪2に対して相対回転不能となる。また、一対の内側リング4の各々は、内側平面部41の切欠き43がハウジング1の突条11gと係合して、ハウジング1に対して相対回転不能となる。
そして、蓋部12が筒状部11に装着された状態にあっては、内輪2は、大径部21側の端部がハウジング1の端板11aに形成された円形凹部11eに嵌め込まれてこれに軸受けされると共に、小径部22側の端部が蓋部12の貫通孔12aによって軸受けされる。
内輪2とハウジング1とを相対的に回転させるトルクが所定値以下であれば、内輪2に係合された外側リング3の円錐面部32の内面とハウジング1に係合された内側リング4の対向円錐面部42の外面との間の摩擦力(密着力)により、内輪2はハウジング1に対して回転しない。本発明のトルクリミッタでは、上述したとおり、外側リング3と内側リング4とは、いわゆる「輪ばね」として知られるばね装置に類似の構造をなしており、軸方向の荷重により弾性変形し、外側リング3の円錐面部32が拡径するとともに内側リング4の対向円錐面部42が縮径している。この弾性変形に伴い、外側リング3の円錐面部32の内面と内側リング4の対向円錐面部42の外面との間には摩擦力が作用するが、その摩擦力は、外側リング3と内側リング4の軸方向の相対変位がごく少量であっても、非常に大きな値となる。そのため、本発明のトルクリミッタは、小型のものであったとしても、内輪2とハウジング1との間で大きなトルクの伝達が可能となり、例えば、各種の動力伝達系において、駆動モーター保護用のトルクリミッタに要するスペースを小さくすることができる。また、本発明のトルクリミッタでは、コイルばねを用いたトルクリミッタのように、コイルばねと内輪との間で発生させるものではないため、外側リング3と内側リング4とを相対的に回転するためのクリアランスを設定する必要がない。したがって、内輪2とハウジング1との間で回転(トルク)の伝達が行われているときは、内輪2とハウジング1とは常時一体化されていて、回転方向が切り換ってもバックラッシュが生じることはない。
図6に示す第1の変形例のトルクリミッタは、図1の実施例のトルクリミッタにおいて、ハウジングの蓋部を内側リングの一方に当接させ、かつ、蓋部を軸方向に進退させて、一対の外側リングの円錐面と一対の内側リングの対向円錐面部との間の摩擦力が調整されるようにしたものである。本変形例においても、外側リング及び内側リングは共に板状の金属からプレス成型により製造される。
本変形例においては、蓋部12´は、円板部材12c´と、突出片12d´とから構成される。円板部材12c´は、その外径が筒状部11´の外径と同一であって、筒状部11´の開口11b´の軸方向外側においてこれと隣接して位置している。円板部材12c´には周方向に間隔をおいて複数の貫通孔12e´が形成されていると共に筒状部11´における開口11b´の外周には貫通孔12e´に対応する複数のねじ穴11i´が形成されている。突出片12d´は、円板部材12c´の中央領域において軸方向に突出する円筒部材であって、その突出端面は平坦である。突出片12d´の外径は筒状部11´における開口11b´の内径と対応している(突出片12d´の内径は内輪の小径部の外径と対応している)。蓋部12´は、突出片12d´が筒状部11´の開口11b´から収容空間11c´内に挿入されて、突出片12d´の突出端面が開口11b´側に位置する内側リングの基部を押圧した状態で、筒状部11´と組み合される。そして、調整ねじBが小孔12e´を通してねじ穴11i´に挿入され、調整ねじBの締め代を調整して蓋部12´を軸方向に進退させることにより外側リングの円錐面部の内面と内側リングの対向円錐面部の外面との間の摩擦力が調整される。
図7に示す第2の変形例のトルクリミッタは、図1に示す実施例のトルクリミッタにおいて、外側リング3及び内側リング4を夫々1つずつとしたものである。本変形例においても、外側リング及び内側リングは共に板状の金属からプレス成型により製造される。
本実施例においても、外側リング3及び内側リング4は図1の実施例のトルクリミッタと同一の形式でハウジング1内に組み込まれる。即ち、外側リング3と内輪2とは、第一の係合手段と第一の被係合手段との共働(即ち切欠きと突部との共働)により、相対回転不能に係合されると共に、内側リング4とハウジング1とは、第二の係合手段と第二の被係合手段との共働(即ち切欠きと突条との共働)により、相対回転不能に係合される。本発明のトルクリミッタにおいては、外側リング3及び内側リング4は最低でも1つずつ配設されていれば良く、外側リング3及び内側リング4の設置数を減らすことで製造コストの低減が図れることは勿論のこと省スペース化が可能となる。しかしながら、外側リング3及び内側リング4の設置数を減らすと、外側リング3の円錐面部32と内側リング4の対向円錐面部42との接触面積が低減してしまい、円錐面部32と対向円錐面部42との間で生じうる摩擦力も低減してしまうというデメリットもある。
11:筒状部
12:蓋部
2:内輪
3:外側リング
31:外側平面部
32:円錐面部
4:内側リング
41:内側平面部
42:対向円錐面部
5:波形ばね
Claims (7)
- 軸状の内輪と、前記内輪を囲む外側リングと、前記外側リングに隣接して配置された内側リングとが、共通の中心軸を有するようハウジング内に設置され、
前記外側リングは、前記内輪の貫通する孔が形成された外側平面部と、前記外側平面部の外周に接続された円錐面部とを有する板状の金属からなり、
前記内側リングは、前記外側リングの円錐面部に内側から当接して軸方向に押圧する対向円錐面部と、前記対向円錐面部の外周に接続される内側平面部とを有する板状の金属からなり、
前記内輪と前記外側リングとが相対回転不能に係合されるとともに、前記内側リングと前記ハウジングとが相対回転不能に係合されており、
前記内輪と前記ハウジングとの間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、前記外側リングの前記円錐面部と前記内側リングの前記対向円錐面部との間の摩擦力に抗して、前記内輪と前記ハウジングとが相対的に回転することを特徴とするトルクリミッタ。 - 前記外側リングと内側リングとを夫々一対ずつ備え、
一対の前記外側リングは、前記外側平面部が対向するように相互に対称的に配置され、
一対の前記内側リングは、一対の前記外側リングの両側に夫々配置される、請求項1に記載のトルクリミッタ。 - 一対の前記外側リングの間には、環状の波形ばねが配置されている請求項2に記載のトルクリミッタ。
- 前記ハウジングは、軸方向の片側に端板が形成されるとともに軸方向の他側に開口が設けられ、内部に収容空間が形成された筒状部と、前記筒状部の開口をシールドする蓋部とを有する請求項1乃至3のいずれかに記載のトルクリミッタ。
- 前記蓋部を前記内側リングに当接させ、かつ、前記蓋部を軸方向に進退させて、前記外側リングの前記円錐面部と前記内側リングの前記対向円錐面部との間の摩擦力が調整される請求項4に記載のトルクリミッタ。
- 前記内側リングの対向円錐面部が前記外側リングの円錐面部と当接して軸方向に押圧することで、前記内側リングの対向円錐面部は縮径すると共に前記外側リングの円錐面部は拡径する請求項1乃至5のいずれかに記載のトルクリミッタ。
- 前記外側リング及び内側リングは共に板状の金属からプレス成型により製造される請求項1乃至6のいずれかに記載のトルクリミッタの製造方法。
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