JP6815567B1 - 双方向トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

内輪と外輪との間に回転ガタが存在しない、新規の双方向トルクリミッタを提供すること。第一のコイルばね（６）の第一のフック部（１６）が中間輪（８）によって、第二のコイルばね（１０）の第二のフック部（２０）が外輪１２によって夫々固定されるようにする。

Description

本発明は２つのコイルばねを用いた双方向トルクリミッタに関する。

ワゴン車やワンボックス車等の車両の後端部に装着された跳ね上げ式のハッチバックには、電動モーターによって開閉動するものがある。下記特許文献１には、電動モーターによって全開位置と全閉位置との間を開閉動するハッチバックにおいて、ハッチバックを全開位置もしくは全開位置と全閉位置との間の中間位置で停止させた際に、電磁クラッチでハッチバックを保持することが開示されている。この開閉装置では、入力側機器である電動モーターの駆動が停止しても、出力側機器であるハッチバックは電磁クラッチによって保持されているため、ハッチバックが自重で落下することはない。

ところで、電気的な手段によることなく、ハッチバックの如き従動部材（出力側機器）を任意の角度位置で保持するための機構部品として、双方向トルクリミッタを採用することができる。双方向トルクリミッタの一例として、下記特許文献２には、円筒形状の内輪と、内輪の内周面及び外周面に夫々接触して装着され、共に線材を巻回して形成される第一のコイルばね及び第二のコイルばねと、第一のコイルばね及び第二のコイルばねの装着された内輪が挿入される筒状の外輪と、第一のコイルばねに対して回転力を付与する補助部材とを備えた双方向トルクリミッタが開示されている。第一のコイルばねには第一のフック部が、補助部材には第一の溝部が夫々形成されており、第一のフック部が第一の溝部に挿入されることで第一のコイルばねは補助部材に対して回転不能に係合されている。第二のコイルばねには第二のフック部が、外輪には第二の溝部が夫々形成されており、第二のフック部が第二の溝部に挿入されることで、第二のコイルばねは外輪に対して回転不能に係合されている。第一のフック部が周方向に押されて第一のコイルばねの締め付け力が緩む方向と、第二のフック部が周方向に押されて第二のコイルばねの締め付け力が緩む方向とは軸方向の一方から見て相互に逆である。そして、補助部材を外輪に対して一方向に回転させる中心軸周りの回転トルクが付加されたときは、かかる回転トルクが第一の所定値より大きい場合に、第一のコイルばねと内輪との間の摩擦力に打ち勝って補助部材が内輪に対して回転し、補助部材を外輪に対して反対方向に回転させる中心軸周りの回転トルクが付加されたときは、かかる回転トルクが第二の所定値より大きい場合に、第二のコイルばねと内輪との間の摩擦力に打ち勝って内輪が外輪に対して回転する。

上述したとおりの双方向トルクリミッタをハッチバックの角度位置保持機構部品として使用する場合には、上記補助部材及び外輪のいずれか一方を電動モーターに、他方をハッチバックの旋回軸に夫々接続する。そして、電動モーターが上記第一の所定値よりも大きい回転トルクで一方向に、上記第二の所定値よりも大きい回転トルクで反対方向に夫々回転することで、ハッチバックを開閉動させることが可能となる。ハッチバックが全開位置乃至中間位置にある状態で電動モーターが停止すると、ハッチバックの自重によってこれが接続された部材（補助部材及び外輪のいずれか他方）には回転トルクが付加されるが、かかる回転トルクは上記の所定値（第一の所定値及び第二の所定値のいずれか一方であって、これは回転方向による）よりも小さく、補助部材及び外輪は相対回転不能な状態となり、ハッチバックは全開乃至中間位置で保持される。

特開２００６−２６５９８２号公報 特開２００２−１５５９７３号公報

而して、特許文献２に開示された双方向トルクリミッタにあっては、第一のフック部が第一の溝部に挿入されることで第一のコイルばねは補助部材に対して相対回転不能に係合されているものの、少なくとも第一のコイルばねの線材の外径が補助部材に形成された第一の溝部の周方向幅よりも小さいことに起因して、第一のコイルばねと補助部材との間には周方向に隙間が存在する。これによって補助部材と外輪との間には回転ガタが存在することとなる。それ故に、特許文献２に開示された双方向トルクリミッタを上述したとおりハッチバックの角度位置保持機構部品として使用した場合には、ハッチバックを全開位置乃至中間位置で停止させた際に風等の外力によってハッチバックが車両本体に対して振動する虞があり、安全性及び使用寿命の観点から好ましくない。

本発明は上記事実を踏まえてなされたものであり、その主たる技術的課題は、内輪と外輪との間に回転ガタが存在しない、新規且つ改良された双方向トルクリミッタを提供することである。

本発明者は、鋭意検討の結果、第一のコイルばねの第一のフック部が中間輪によって、第二のコイルばねの第二のフック部が外輪によって夫々相対回転不能に固定されるようにすることで、上記主たる技術的課題が解決されることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する双方向トルクリミッタとして、内輪と、前記内輪の外周面に接触して装着され、線材を巻回して形成される第一のコイルばねと、前記第一のコイルばねの装着された前記内輪が挿入される筒状の中間輪と、前記中間輪の外周面に接触して装着され、線材を巻回して形成される第二のコイルばねと、前記第二のコイルばねの装着された前記中間輪が挿入される筒状の外輪とを備え、
前記内輪と前記中間輪と前記外輪とは共通の中心軸を有し、
前記第一のコイルばねには前記中間輪に相対回転不能に固定される第一のフック部が形成され、前記第一のコイルばねは前記中間輪に対し回転不能であり、
前記第二のコイルばねには前記外輪に相対回転不能に固定される第二のフック部が形成され、前記第二のコイルばねは前記外輪に対し回転不能であり、
前記第一のフック部が周方向に押されて前記第一のコイルばねの締め付け力が緩む方向と、前記第二のフック部が周方向に押されて前記第二のコイルばねの締め付け力が緩む方向とは軸方向の一方から見て相互に逆であって、
前記内輪を前記外輪に対して一方向に回転させる前記中心軸周りの回転トルクが付加されたときは、前記回転トルクが第一の所定値より大きい場合に、前記第一のコイルばねと前記内輪との間の摩擦力に打ち勝って前記内輪が前記中間輪に対して回転し、前記内輪を前記外輪に対して反対方向に回転させる前記中心軸周りの回転トルクが付加されたときは、前記回転トルクが第二の所定値より大きい場合に、前記第二のコイルばねと前記中間輪との間の摩擦力に打ち勝って前記中間輪が前記外輪に対して回転する、ことを特徴とする双方向トルクリミッタが提供される。

好ましくは、前記中間輪には前記第一のフック部が挿入されてこれを保持する第一の溝部が形成され、前記外輪には前記第二のフック部が挿入されてこれを保持する第二の溝部が形成されている。この場合には、前記第一のコイルばねの線材の外径は前記第一の溝部の周方向幅よりも小さく、前記第一のフック部は前記第一の溝部に圧入されているのがよい。更に、前記第二のコイルばねの線材の外径は前記第二の溝部の周方向幅よりも小さく、前記第二のフック部は前記第二の溝部に圧入されているのがよい。そしてまた、軸方向に見て、前記第二のコイルばねと前記第一の溝部とは離隔しているのが好適である。好適には、前記第一の所定値及び前記第二の所定値は、一方が他方より大きく設定される。好適には、前記外輪の内側にはフッ素系潤滑剤が封入されている。好ましくは、前記内輪は、前記共通の中心軸の周りを回転可能であり、それぞれが円形断面の外周面を有する内輪内側部材及び内輪外側部材を備え、前記内輪外側部材には、前記内輪内側部材を収容する円形断面の内部空間が形成されるとともに、前記内輪内側部材の外周面と前記内輪外側部材の内周面との間には、円形状に湾曲された薄板弾性片が内周面と外周面とに当接するように配設され、前記内輪内側部材と前記内輪外側部材との間に第三の所定値よりも小さい回転トルクが付加された場合には、前記内輪内側部材及び前記内輪外側部材は一体回転し、前記内輪内側部材と前記内輪外側部材との間に前記第三の所定値よりも大きい回転トルクが付加された場合には、前記内輪内側部材は前記内輪外側部材に対し回転し、前記第三の所定値は前記第一の所定値及び前記第二の所定値よりも大きい。

本発明の双方向トルクリミッタでは、第一のコイルばねは、第一のフック部が中間輪に相対回転不能に固定されて、中間輪に対し回転不能であると共に、第二のコイルばねは、第二のフック部が外輪に相対回転不能に固定されて、外輪に対し回転不能であることに起因して、内輪と外輪との間には回転ガタが存在しない。それ故に、本発明の双方向トルクリミッタをハッチバックの角度位置保持機構部品として使用すれば、ハッチバックを全開位置乃至中間位置で停止させた際に、風等の外力によってハッチバックが車両本体に対してする好ましくない振動を充分抑制することができる。

本発明に従って構成される双方向トルクリミッタの第一実施形態の全体構造を示す図。 図１に示す双方向トルクリミッタにおいてシールド板を除去した状態の左側面図。 図１に示す双方向トルクリミッタの分解斜視図。 図１に示す双方向トルクリミッタの内輪を単体で示す図。 図１に示す双方向トルクリミッタの中間輪を単体で示す図。 図１に示す双方向トルクリミッタの外輪を単体で示す図。 図１に示す双方向トルクリミッタのシールド板を単体で示す図。 図１に示す双方向トルクリミッタの作動を説明するための図。 本発明に従って構成される双方向トルクリミッタの第二実施形態の全体構造を示す図。 図９に示す双方向トルクリミッタの分解斜視図。 図９に示す双方向トルクリミッタの内輪外側部材を単体で示す図。 図９に示す双方向トルクリミッタの接続部材を単体で示す図。 図９に示す双方向トルクリミッタの薄板弾性片を単体で示す図。 図９に示す双方向トルクリミッタの外輪を単体で示す図。 図９に示す双方向トルクリミッタのシールド板を単体で示す図。 中間輪の外周面に第二のコイルばねが装着されている状態を示す平面図。 図９に示す双方向トルクリミッタの作動を説明するための図。

以下、本発明に従って構成された双方向トルクリミッタの好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
最初に、図１乃至図８を参照して本発明に従って構成された双方向トルクリミッタの第一の実施形態について説明する。

図１乃至図３を参照して説明すると、本発明に従って構成された、全体を番号２で示す双方向トルクリミッタは、内輪４と、第一のコイルばね６と、中間輪８と、第二のコイルばね１０と、外輪１２とを備えている。内輪４と中間輪８と外輪１２とは共通の中心軸ｏを有している。図２においては、容易に理解できるように、第一のコイルばね６及び第二のコイルばね１０には薄墨を付して示している。

図１乃至図３と共に図４を参照して説明すると、内輪４は金属製であって、軸方向に延びる円筒形状である。このことから、内輪４の断面の外周形状は円形である。一方、内輪４の内周面には、スプライン歯車１４が設けられている。内輪４は、スプライン歯車１４を介して、電動モーターの如き駆動源から延びる駆動シャフトに接続される。かかる駆動シャフトはハッチバックの如き出力側機器に接続されてこれを旋回させる。

図１乃至図３に示すとおり、第一のコイルばね６は金属製の線材を巻回して形成され、内輪４の外周面に接触して装着されている。第一のコイルばね６の軸方向片端には、径方向に直線状に延びる第一のフック部１６が形成されている。第一のコイルばね６の自由状態における内径は内輪４の外径よりも小さい。そのため、第一のコイルばね６を内輪４の外周面に装着する際には、第一のフック部１６を第一のコイルばね６の緩み方向に押圧してこれを幾分拡径させた状態で内輪４を第一のコイルばね６の内側に挿通して配置させた後に、第一のコイルばね６の上記拡径を解除することによって行われる。かくして第一のコイルばね６は内輪４の外周面に密着される。

図１乃至図３と共に図５を参照して説明すると、中間輪８は金属製であって、軸方向に延びる円筒形状であり、内側には第一のコイルばね６の装着された内輪４が挿入されている。中間輪８の軸方向片端部には軸方向に直線状に延びて且つ径方向に貫通する第一の溝部１８が形成されている。このことから、第一の溝部１８が形成されている部分を除き、中間輪８の断面の外周形状及び内周形状は共に円形である。上述したとおり、中間輪８の内側には第一のコイルばね６の装着された内輪４が挿入されることから、中間輪８の内径は内輪４の外周面に密着した状態の第一のコイルばね６の外径よりも幾分大きい。第一の溝部１８の径方向内側端部における周方向両側面のいずれか一方には、後述するとおりここに挿入されて保持される第一のコイルばね６の第一のフック部１６の基端部との干渉を回避するための逃げ部１９が設けられている。第一のフック部１６と第一の溝部１８との関係については後に更に言及する。

図１乃至図３に示すとおり、第二のコイルばね１０は金属製の線材を巻回して形成され、中間輪８の外周面に接触して装着されている。第二のコイルばね１０の軸方向他端には、径方向に直線状に延びる第二のフック部２０が形成されている。第二のコイルばね１０の自由状態における内径は中間輪８の外径よりも小さい。そのため、第二のコイルばね１０を中間輪８の外周面に装着する際には、第二のフック部２０を第二のコイルばね１０の緩み方向に押圧してこれを幾分拡径させた状態で中間輪８を第二のコイルばね１０の内側に挿通して配置させた後に、第二のコイルばね１０の上記拡径を解除することによって行われる。かくして第二のコイルばね１０は中間輪８の外周面に密着される。

ここで、第一のフック部１６が周方向に押されて第一のコイルばね６の締め付け力が緩む方向と、第二のフック部２０が周方向に押されて第二のコイルばね１０の締め付け力が緩む方向とは軸方向の一方から見て相互に逆となるように設定される。図２及び図３を参照することによって理解されるとおり、図示の実施形態においては、第一のコイルばね６及び第二のコイルばね１０を構成する夫々の線材の、軸方向において夫々のフック部が形成された側から見た線材の巻回方向は同一（共に時計方向）であって、第一のフック部１６と第二のフック部２０とは軸方向において相互に反対側に位置するように第一のコイルばね６及び第二のコイルばね１０は配置されている。従って、第一のフック部１６が周方向に押されて第一のコイルばね６の締め付け力が緩む方向と、第二のフック部２０が周方向に押されて第二のコイルばね１０の締め付け力が緩む方向とは軸方向の一方から見て相互に逆となるように設定されている。所望ならば、第一のコイルばね及び第二のコイルばねを構成する夫々の線材の、軸方向において夫々のフック部が形成された側から見た線材の巻回方向を相互に逆にすると共に、第一のフック部及び第二のフック部が共に軸方向の片側に位置するように第一のコイルばね及び第二のコイルばねを配置してもよい。

図１乃至図３と共に図６を参照して説明すると、外輪１２は合成樹脂製であって、軸方向に対して垂直な端板部２２と、この端板部２２の外周縁から軸方向に延びる筒状の外輪主部２４とを備えている。外輪主部２４の内側には第二のコイルばね１０の装着された中間輪８が挿入される。図示の実施形態においては、第一のコイルばね６の装着された内輪４も挿入されている。端板部２２は側面視において（軸方向に見て）円形であって、中央には軸方向に延びる円形の貫通穴２６が形成されている。端板部２２の軸方向内側面には、貫通穴２６よりも大径の円形凹部２８が貫通穴２６と同軸上に形成されている。図１のＡ−Ａ断面に示されるとおり、凹部２８には中間輪８の軸方向他端部が嵌入される。端板部２２の軸方向外側面の中央部には、貫通穴２６の外周縁を囲繞して軸方向に延びる円筒壁３０が設けられている。端板部２２の外周縁部には、円筒壁３０を囲繞して、軸方向に起立する筒状の接続壁３２が設けられている。接続壁３２は全体的に円筒形状であって端板部２２の外周縁に沿って配設されているが、周方向所要位置には局所的に径方向内側に変位せしめられた凹所３４が設けられている。凹所３４は側面視において略コの字形状である。かような凹所３４は周方向に等角度間隔をおいて４個設けられている。凹所３４は、双方向トルクリミッタ２自身を外部機器に固定するために使用される。

外輪主部２４は円筒形状であって、その内周面には周方向に延在する４個の内側壁３６ａ乃至ｄが夫々周方向に間隔をおいて設けられている。４個の内側壁３６ａ乃至３６ｄは何れも、外輪主部２４の内周面から径方向内側に幾分離隔して外輪主部２４の内周面に沿って円弧状に延びる主部と、かかる主部の周方向両端において径方向外側に向かって直線状に延びて外輪主部２４の内周面に接続される端部とを備えており、４個の内側壁３６ａ乃至３６ｄの主部の内周面は図６の上段左図において二点鎖線で示す共通の仮想円３８の周上にある。上述したとおり、外輪主部２４の内側には第二のコイルばね１０の装着された中間輪８が挿入されることから、上記仮想円３８の径は中間輪８の外周面に密着した状態の第二のコイルばね１０の外径よりも幾分大きい。４個の内側壁３６ａ乃至３６ｄは何れも、端板部２２から、外輪主部２４の開放された軸方向端部まで延びている。内側壁３６ａ及び３６ｂの周方向長さは同一で比較的短く、内側壁３６ｃ及び３６ｄの周方向長さは同一で比較的長い。内側壁３６ｂと内側壁３６ｃとの間、内側壁３６ｃと内側壁３６ｄとの間、内側壁３６ｄと内側壁３６ａとの間には夫々同一の周方向長さで且つ周方向に比較的長い間隙４０が設けられている。一方、内側壁３６ａと内側壁３６ｂとの間には、周方向に比較的短い間隙が設けられており、かかる間隙が第二の溝部４２を構成する。従って、第二の溝部４２は軸方向に延びている。第二の溝部４２の径方向内側端部における周方向両側面のいずれか一方は、後述するとおりここに挿入されて保持される第二のコイルばね１０の第二のフック部２０の基端部との干渉を回避するための逃げ部４３が設けられている。第二のフック部２０と第二の溝部４２との関係については後に更に言及する。外輪主部２４の開放された軸方向端部の内周面には、共に径方向内側に突出する回り止め突起４４及び係止爪４６も設けられている。回り止め突起４４は周方向に等角度間隔をおいて３個設けられており、断面は何れも円弧形状である。係止爪４６は周方向において間隙４０と整合する位置に夫々設けられている。従って、図示の実施形態においては、係止爪４６は３個設けられている。外輪主部２４の内側にはフッ素系の潤滑剤が封入されているのがよい。

外輪主部２４の内側に内輪４と、第一のコイルばね６と、中間輪８と、第二のコイルばね１０とが配置された後、外輪主部２４の開放された軸方向端はシールド板４８によって閉塞される。図１乃至図３と共に図７を参照して説明すると、シールド板４８は合成樹脂製であって、これは円形の端板部５０を備えている。端板部５０の中央には円形の貫通穴５２が形成されている。端板部５０の軸方向片側面には、外側円筒壁５４及び内側円筒壁５６が貫通穴５２と同軸上に設けられている。後述するとおりにして、シールド板４８と外輪１２とが組み合わされると、図１のＡ−Ａ断面に示すとおり、外側円筒壁５４は外輪１２の内側壁３６ａ乃至３６ｄと中間輪８との間に嵌入されて、第二のコイルばね１０が軸方向に移動することを規制する。一方、内側円筒壁５６は中間輪８と内輪４との間に嵌入されて、第一のコイルばね６が軸方向に移動することを規制する。端板部５０の軸方向他側面には、貫通穴５２の外周縁に沿って円筒壁５８が設けられている。端板部５０の軸方向他側面には更に、その外周縁に沿って軸方向に起立する筒状の外周壁６０も設けられている。外周壁６０は、端板部５０から軸方向に延びる円筒形状の基端部６２と、基端部６２の軸方向延出端において径方向外方に延びる円環形状のフランジ部６４とを備えている。基端部６２は端板部５０の外周縁よりも幾分径方向内側において端板部５０から軸方向に延びている。フランジ部６４の外周縁部には、軸方向に突出する円弧状突起６６が周方向に等角度間隔をおいて４個設けられている。端板部５０の外周面には、円弧状の切欠き６８が、周方向に等角度間隔をおいて３個設けられている。図６も併せて参照して説明すると、シールド板４８は、これが外輪１２の外輪主部２４の開放された軸方向端の端面に整合された状態で、外輪主部２４に対し端板部２２に向かって軸方向に強制されることで外輪１２と組み合わされる。つまり、シールド板４８は、端板部５０が外輪主部２４に形成された係止爪４６を弾性的に乗り越えて外輪主部２４の内側に進入し、端板部５０の外周縁部が内側壁３６ａ乃至３６ｄの軸方向端面と対向すると共に係止爪４６によって軸方向に係止されることで、外輪１２から脱落することが防止される。シールド板４８は更に、切欠き６８が外輪主部２４に形成された回り止め突起４４に係合することで、外輪１２に対して回転することが防止される。

ここで、図２に示されるとおり、本発明に従って構成される双方向トルクリミッタにあっては、第一のコイルばね６は、第一のフック部１６が中間輪８に相対回転不能に固定されて、中間輪８に対し回転不能であると共に、第二のコイルばね１０は、第二のフック部２０が外輪１２に相対回転不能に固定されて、外輪１２に対し回転不能であることが重要である。図示の実施形態においては、中間輪８には第一のフック部１６が挿入されてこれを保持する第一の溝部１８が形成され、第一のコイルばね６の線材の外径は第一の溝部１８の周方向幅よりも大きく、第一のフック部１６は第一の溝部１８に圧入されている。同様に、外輪１２には第二のフック部２０が挿入されてこれを保持する第二の溝部４２が形成され、第二のコイルばね１０の線材の外径は第二の溝部４２の周方向幅よりも大きく、第二のフック部２０は第二の溝部４２に圧入されている。従って、第一の溝部１８内で第一のフック部１６には、第二の溝部４２内で第二のフック部２０には、夫々周方向に隙間が存在しない。所望ならば、フック部を溝部に圧入することに替えて、フック部を溝部に挿入した状態で、接着剤の如き適宜の固定手段によってフック部と溝部とを固定させることで、フック部が溝部に保持させるようにしてもよい。図示の実施形態においては、上述したとおり外輪１２は合成樹脂製であったが、これが金属製である場合には、上記固定手段はスポット溶接であってもよい。さらに、中間輪８及び外輪１２に溝部を設けることなく、フック部を中間輪８又は外輪１２に上記固定手段で固定してもよい。

続いて、図１及び図２と共に図８を参照して双方向トルクリミッタ２の作動について説明する。
電動モーターの如き駆動源（入力側機器）の回転軸（図８において二点鎖線で示す）に接続された内輪４が図１の中央正面図の左方から見て反時計方向（以下、図示の実施形態においてはこれを「一方向」とする）に回転した場合には、第一のコイルばね６が内輪４の外周面に接触して装着されていること、中間輪８が第一のコイルばね６の第一のフック部１６を保持していること、第二のコイルばね１０が中間輪８の外周面に接触して装着されていること、及び外輪１２が第二のコイルばね１０の第二のフック部２０を保持していることに夫々起因して、全体が一体となって同一方向、即ち一方向に回転しようとする。その際、外輪１２が固定されていることに起因して、第一のコイルばね６の第一のフック部１６は第一の溝部１８において中間輪８から、第二のコイルばね１０の第二のフック部２０は第二の溝部４２において外輪１２から夫々相対的に時計方向への反力を受ける。上述したとおり第一のフック部１６が周方向に押されて第一のコイルばね６の締め付け力が緩む方向と、第二のフック部２０が周方向に押されて第二のコイルばね１０の締め付け力が緩む方向とは軸方向の一方から見て相互に逆に設定されていることから、内輪４が一方向（反時計方向）に回転した場合には、第一のコイルばね６の第一のフック部１６は中間輪８の第一の溝部１８において中間輪８から、第二のコイルばね１０の第二のフック部２０は外輪１２の第二の溝部４２において外輪１２から夫々相対的に反対方向（時計方向）に反力を受けることとなる。かかる反力は夫々、第一のコイルばね６の第一のフック部１６にあっては第一のコイルばね６を緩める方向に、第二のコイルばね１０の第二のフック部２０にあっては第二のコイルばね１０を締め付ける方向に作用する。このことから、内輪４を外輪１２に対して一方向に回転させる中心軸周りの回転トルクが付加されたとき、かかる回転トルクが第一の所定値以下の場合には、第一のコイルばね６と内輪４との間の摩擦力によって内輪４は回転できない。つまり、内輪４に接続されたハッチバックの如き出力側機器の角度位置は保持される。一方、上記回転トルクが第一の所定値より大きい場合には、図８（ａ）に示すとおり、第一のコイルばね６と内輪４との間の摩擦力に打ち勝って内輪４が第一のコイルばね６に対して、従って中間輪８に対して回転する。つまり、内輪４に接続されたハッチバックの如き出力側機器は一方向に回転する。

内輪４が図１の正面図及び縦断面図の左方から見て時計方向（反対方向）に回転した場合には、上述した一方向に回転した場合とは逆に、第一のコイルばね６の第一のフック部１６は第一のコイルばね６を締め付ける方向に、第二のコイルばね１０の第二のフック部２０は第二のコイルばね１０を緩める方向にそれぞれ反力を受ける。このことから、内輪４を外輪１２に対して反対方向に回転させる中心軸周りの回転トルクが付加されたとき、かかる回転トルクが第二の所定値以下の場合には、第二のコイルばね１０と中間輪８との間の摩擦力によって内輪４は回転できない。つまり、内輪４に接続されたハッチバックの如き出力側機器の角度位置は保持される。一方、上記回転トルクが第二の所定値より大きい場合には、図８（ｂ）に示すとおり、第二のコイルばね１０と中間輪８との間の摩擦力に打ち勝って中間輪８が第二のコイルばね１０に対して回転する。つまり、内輪４に接続されたハッチバックの如き出力側機器は反対方向に回転する。

上記第一の所定値は第一のコイルばね６が内輪４を締め付ける力の大きさによって、上記第二の所定値は第二のコイルばね１０が中間輪８を締め付ける力の大きさによって夫々任意に設定することが可能である。つまり、第一のコイルばね６及び第二のコイルばね１０の内径の大きさ、線材の剛性（材質）、線径（線材の外径）等を適宜設定することで第一の所定値及び第二の所定値を調整することが可能である。そのため、出力側機器がハッチバックの如き上下方向に旋回するものである場合、出力側機器を全開位置乃至中間位置で停止させた際には出力側機器が自重で旋回閉動することを防止する一方、出力側機器を電動モーターで旋回開動させる際には過剰な抵抗とならないように、第一の所定値及び第二の所定値は、一方が他方よりも大きく設定されるのがよい。

本発明の双方向トルクリミッタでは、第一のコイルばね６は、第一のフック部１６が中間輪８に相対回転不能に固定されて、中間輪８に対して回転不能であると共に、第二のコイルばね１０は、第二のフック部２０が外輪１２に相対回転不能に固定されて、外輪１２に対して回転不能であることに起因して、内輪４と外輪１２との間には回転ガタが存在しない。それ故に、本発明の双方向トルクリミッタをハッチバックの角度位置保持機構部品として使用すれば、ハッチバックを全開位置乃至中間位置で停止させた際に、風等の外力によってハッチバックが車両本体に対してする好ましくない振動を充分抑制することができる。

上述した実施形態にあっては、入力側機器から延びる駆動シャフトは双方向トルクリミッタ２を介して出力側機器に接続されていたが、所望ならば、以下で説明する本発明の第二の実施形態の双方向トルクリミッタ２´のようにして、内輪及び外輪のいずれか一方を入力側機器に、いずれか他方を出力側機器に接続することもできる。

続いて、図９乃至図１７を参照して本発明に従って構成された双方向トルクリミッタの第二の実施形態について説明する。第二の実施形態の双方向トルクリミッタは、第一の実施形態の双方向トルクリミッタの内輪に更なる過負荷防止機構を設けたものである。以下の説明では、上述した本発明の第一の実施形態のものと同一の構成については同一の番号に「´」を付してその詳細な説明は省略する。

図９及び図１０を参照して説明すると、本実施形態の内輪４´は、共通の中心軸ｏ´の周りを回転可能であって、それぞれが円形断面の外周面を有する内輪内側部材４ａ´及び内輪外側部材４ｂ´を備えている。内輪内側部材４ａ´は円筒形状の部品であって、内輪内側部材４ａ´の内周面にはスプライン嵌合のための内歯１４´が設けられており、ここに、電動モーター等の入力側機器に連なる回転軸が結合される。図１１も参照して説明すると、内輪外側部材４ｂ´も円筒形状の部品であり、これには内輪内側部材４ａ´を収容する円形断面の内部空間７０´が形成されている。内輪外側部材４ｂ´の軸方向方端部の内周面には、径方向内側に向かって突出する円環形状の突条７２´が形成されている。内輪外側部材４ｂ´の軸方向他端部には、軸方向外側に向かって解放されたコの字形状の切り欠き７４´が周方向に等角度間隔をおいて３個形成されている。内輪外側部材４ｂ´の外周面には第一のコイルばね６´が接触して装着される。

本実施形態では、内輪外側部材４ｂ´は図１２に示される接続部材７６´を介してハッチバックの如き出力側機器に接続される。接続部材７６´は、出力側機器に接続される軸部７８´と、軸部７８´の軸方向先端に固着された円形のフランジ部８０´とを備えている。軸部７８´及びフランジ部８０´は共に共通の中心軸ｏ´と同軸である。軸部７８´の外周面にはスプライン嵌合のための外歯８２´が設けられており、ここに、ハッチバックの如き出力側機器に連なる回転軸が結合される。フランジ部８０´の中央領域には円形の中央凹部８４´が形成されている。フランジ部８０´にはさらに、内輪外側部材４ｂ´に形成された切欠き７４´に嵌り込む外側嵌合突部８６´が形成されている。外側嵌合突部８６´は中央凹部８４´の外周縁に沿って周方向に等角度間隔をおいて３個形成されている。

図９に示すとおり、本実施形態においてはさらに、内輪内側部材４ａ´の外周面と内輪外側部材４ｂ´の内周面との間には、円形状に湾曲された薄板弾性片８８´が内周面と外周面とに当接するように配設されている。薄板弾性片８８´は、図１０及び図１３に示すように、金属製の薄板をほぼ円形形状（隙間を有しているＣ字形状）に湾曲して形成したものである。長手方向長さに対する厚さは０．０５乃至１０％であるのが好ましい。図示の実施形態においては、上記金属製の薄板には予めプレス加工等により長手方向に間隔をおいて複数個の突部９０´が形成されており、上記金属製の薄板が上記のとおりに湾曲せしめられると、突部９０´はいずれも径方向内側に向かって突出する。薄板弾性片８８´が内輪内側部材４ａ´の外周面と内輪外側部材４ｂ´の内周面との間に設置されると、突部９０´の頂部が内輪内側部材４ａ´の外周面に当接すると共に突部９０´の底部（薄板弾性片８８´の外周部）が内輪外側部材４ｂ´の内周面に当接し、内輪内側部材４ａ´と内輪外側部材４ｂ´とを接続する。図９のＡ−Ａ断面を参照することによって理解されるとおり、薄板弾性片８８´は、内輪外側部材４ｂ´の突条７２´及び接続部材７６´のフランジ部８０´によって軸方向への移動が制限されるため、薄板弾性片８８´は後述するとおりの機能を安定的に発揮することが可能となる。
このような薄板弾性片はトレランスリングとも称され、回転軸にフランジ状の円板を固定的に取り付けるためにも使用される部品であり、わずかな変形量で大きな弾性力を発生する。従って、薄板弾性片８８´が小型なものであっても内輪内側部材４ａ´と内輪外側部材４ｂ´との間に大きな摩擦力が生じ、内輪外側部材４ｂ´が内輪内側部材４ａ´に対して相対的に回転する（切断される）トルクを、第一のコイルばね６及び第二のコイルばね１０により付与される制動トルクよりも十分に大きな値に設定することが可能となる。

続いて、図９及び図１０と共に、図１４を参照して外輪１２´について説明する。外輪１２´は、円形の端板部２２´と、この端板部２２´の外周縁に接続されて軸方向に延びる略円筒形状の外輪主部２４´とから構成されたカップ状の部品である。外輪主部２４´の内側には第二のコイルばね１０´の装着された中間輪８´が挿入される略円柱形状の収容空間部が形成されており、端板部２２´と軸方向反対側の端面は開放されている。本実施形態においても、外輪主部２４´の内側にはフッ素系の潤滑剤が封入されているのがよい。端板部２２´の中央には円形の貫通穴２６´が形成されており、ここには接続部材７６´の軸部７８´が挿通される。端板部２２´の外周縁部には、軸方向に見て外輪主部２４´とは反対側に伸びる略円筒形状の接続壁３２´も設けられている。接続壁３２´の外周面には凹所３４´が周方向に等角度間隔をおいて複数（図示の実施形態においては６個）形成されている。凹所３４´は、双方向トルクリミッタ２´自身を外部機器に固定するために使用される。

外輪主部２４´は、内径が比較的小さい基端側部２４ａ´と、内径が比較的大きい延出端側部２４ｂ´とに区画され、外輪主部２４´の内周面における、基端側部２４ａ´と延出端側部２４ｂ´との境界には、軸方向に対して実質上垂直な円環形状の肩面２５´が形成されている。外輪主部２４´の延出端部には、周方向係止凹部４４´が周方向に等角度間隔をおいて３個形成されている。周方向係止凹部４４´は、外輪主部２４´の延出端を局部的に軸方向内側に変位させることによって形成され、側面視において略矩形である。３個の周方向係止凹部４４´のうちの１つには、第二のコイルばね１０´のフック部２０´が挿入されてこれに保持される第二の溝部４２´が形成されている。第二の溝部４２´は周方向係止凹部４４´の周方向中央において軸方向に直線状に伸びている。第二の溝部４２´の径方向内側端部の周方向片側面には、第二のフック部２０´が第二の溝部４２´に挿入されてこれに保持された際に、第二のフック部２０´の基端部との干渉を回避するための逃げ部４３´が設けられている。周方向に隣接する２つの周方向係止凹部４４´の間には夫々、外輪主部２４´の延出端部の内周面からから径方向内側に向かって突出する係止爪４６´が形成されている。周方向に見て係止爪４６´が形成されている角度領域における外輪主部２４´の延出端側部２４ｂ´には夫々、外輪主部２４´の内径を局部的に増大させることで形成される薄肉部４５´が軸方向に延在して設けられている。外輪主部２４´の延出端には軸方向外側に向かって突出する固定凸部４７´も形成されている。固定凸部４７´は側面視において略矩形であって周方向に延在しており、周方向に隣接する係止爪４６´と周方向係止凹部４４´との間に配置されている。固定凸部４７´は、装置全体を外部機器に固定するために使用される。

外輪１２´の開放端部はシールド板４８´によって閉塞されている。図９及び図１０と共に図１５を参照して説明すると、シールド板４８´は全体的に円板形状である端板部５０´を備えている。端板部５０´の中央には円形の貫通口５２´が形成されている。端板部５０´には、外周縁に沿って軸方向に起立する円弧形状の外側壁５３´が周方向に等角度間隔をおいて３個形成されている。周方向に隣接する２つの外側壁５３´の間には夫々、端板部５０´の外径を局部的に低減させて形成される凹所５５´が形成されている。それぞれの凹所５５´には、端板部５０´の外周面から径方向外側に延びる突出片５７´が形成されている。突出片５７´の延出端縁は円弧形状である。突出片５７´は、その基端においてのみ端板部５０´に接続され、周方向両側面は端板部５０´から離隔している。これにより、突出片５７´は端板部５０´に対して充分な可撓性を備えている。突出片５７´の延出端部には軸方向に突出する軸方向係止突起５９´が設けられている。軸方向係止突起５９´の径方向外側端縁は、外側壁５３´の外周縁よりも径方向外側に位置している。外側壁５３´の外周面の周方向中央には夫々、径方向外側に延びる周方向係止突起６８´も形成されている。

上述したシールド板４８´を外輪１２´に装着させる際には、周方向係止突起６８´を周方向係止凹部４４´に、軸方向係止突起５９´を係止爪４６´に夫々周方向に整合させた状態で、外輪１２´に対してシールド板４８´を軸方向に押圧する。これにより、シールド板４８´の軸方向係止突起５９´が外輪１２´の係止爪４６´を弾性的に乗り越えてこれと軸方向に係止する。この際、シールド板４８´にあっては、軸方向係止突起５９´が形成されている突出片５７´は端板部５０´に対して充分な可撓性を備えていること、及び外輪１２´にあっては、係止爪４６´が形成されている部位の外輪主部２４´に薄肉部４５´が形成されていることに起因して、シールド板４８´の軸方向係止突起５９´は外輪１２´の係止爪４６´を充分容易に乗り越えることができる。シールド板４８´と外輪１２´とが所要通りに装着された状態にあっては、周方向係止突起６８´が周方向係止凹部４４´に嵌り込み、シールド板４８´は外輪１２´に対して回転することも規制される。

図９及び図１０に示すとおり、本実施形態の第一のコイルばね６´、中間輪８´、及び第二のコイルばね１０´はいずれも本発明の第一の実施形態にかかる双方向トルクリミッタ２のものと実質上同一形態である。従って、本実施形態においても、第一のコイルばね６´の第一のフック部１６´は中間輪８´に、第二のコイルばね１０´の第二のフック部２０´は外輪１２´に夫々固定されている。ここで、本実施形態にあっては、図１６に示されるとおり、中間輪８´の外周面に第二のコイルばね１０´が装着された状態においては、軸方向に見て、第二のコイルばね１０´と中間輪８´に形成された第一の溝部１８´とは離隔している。

続いて、双方向トルクリミッタ２´の作動について、図１７を参照して説明する。
図１７（ａ）において各矢印で示すように、入力側機器に接続された内輪内側部材４ａ´が反時計方向（Ａ−Ａ断面図の左方から見て）に回転すると、薄板弾性片８８´を介して接続された内輪外側部材４ｂ´、内輪外側部材４ｂ´の外周面に装着された第一のコイルばね６´、第一のコイルばね６´の第一のフック部１６´を介して接続された中間輪８´及び中間輪８´の外周面に装着された第二のコイルばね１０´は一体となって反時計方向に回転しようとする。このとき、上述した本発明に従って構成された双方向トルクリミッタの第一実施形態のものと同一の理由で、第一のフック部１６´は第一のコイルばね６´を締め付ける方向に、第二のフック部２０´は第二のコイルばね２０´を緩める方向に夫々押される。このことから、内輪内側部材４ａ´を反時計方向に回転させる中心軸周りの回転トルクが付加された際、かかる回転トルクが第二の制動トルクよりも大きい場合には、第二のコイルばね１０´と中間輪８´との間の摩擦力に打ち勝って中間輪８´が第二のコイルばね１０´に対して回転することとなる。このとき、軸方向に見て、第二のコイルばね１０´と中間輪８´に形成された第一の溝部１８´とが離隔していることにより、第二のコイルばね１０´が中間輪８´に対して回転した際に、第二のコイルばね１０´の軸方向端が第一の溝部１８´に引っかかることはなく、好ましくないトルク変動や異音、或いは振動が発生することが回避される。そして、内輪外側部材４ｂ´は薄板弾性片８８´を介して上記第二の制動トルクよりも大きな保持トルクで内輪内側部材４ａ´と接続されていることから、内輪外側部材４ｂ´は内輪内側部材４ａ´と一体となって反時計方向に回転する。従って、入力側機器から出力側機器へ反時計方向の回転が伝達される。

内輪内側部材４ａ´が時計方向に回転したときは、上述した反力は、第一のコイルばね６´にあってはこれを緩める方向に、第二のコイルばね１０´にあってはこれを締め付ける方向に夫々作用する。このことから、図１７（ｂ）において各矢印で示すとおり、内輪外側部材４ｂ´を時計方向に回転させる中心軸周りの回転トルクが付加された際、かかる回転トルクが第一の制動トルクよりも大きい場合には、第一のコイルばね６´と内輪外側部材４ｂ´との間の摩擦力に打ち勝って内輪外側部材４ｂ´
が第一のコイルばね６´に対して回転することとなる。このときも、内輪外側部材４ｂ´は薄板弾性片８８´を介して上記第一の制動トルクよりも大きな保持トルクで内輪内側部材４ａ´と接続されていることから、内輪外側部材４ｂ´は内輪内側部材４ａ´と一体となって時計方向に回転する。従って、入力側機器から出力側機器へ時計方向の回転が伝達される。

ここで、電動モーターによりハッチバックを開閉する過程で、例えば、ハッチバックと車両との間に何らかの障害物が挟み込まれてハッチバックが異常停止を起こして、入力側機器から中心軸ｏ周りの一方向又は他方向に上記第三の所定値よりも大きい回転トルクが付加された場合には、薄板弾性片８８´による内輪内側部材４ａ´及び内輪外側部材４ｂ´の接続が切断され、内輪内側部材４ａ´及び内輪外側部材４ｂ´は相対回転する。つまり、内輪内側部材４ａ´と内輪外側部材４ｂ´との間で滑りが生じ、内輪内側部材４ａ´が停止したまま内輪外側部材４ｂ´が回転することとなり、かくして駆動源である電動モーターが過負荷となることが防止される。

従って、本実施形態における双方向トルクリミッタ２´は、上述した第一の実施形態の双方向トルクリミッタ２が備える作用効果と同様の作用効果に加えて、過負荷防止機構をも備えている。

上述した双方向トルクリミッタ２´では、内輪内側部材が入力側機器に、内輪外側部材が出力側機器に夫々接続されていたが、この入出力関係は逆であってもよい。さらに、上述した実施形態においては、内輪内側部材及び内輪外側部材のいずれか一方が入力側機器に、いずれか他方が出力側機器に夫々接続されていたが、これに替えて、本発明の第一の実施形態のように、入力側機器から延びる駆動シャフトが双方向トルクリミッタ２´を介して出力側機器に接続されるようにすることもできる。

念のため付言しておくと、本発明の双方向トルクリミッタは、入力側機器としての電動モーターによって出力側機器であるハッチバックを開閉する開閉機構に限定して適用されるものでなく、種々の装置の機構部品として用いることが可能である。例えば、ヒンジにより回動可能に支持されるトイレの便座又は蓋の自動開閉機構や、プリンタの蓋等の自動開閉機構にも適用されうる。また、ヒンジにより支持される出力側機器ばかりではなく、内輪４に回転・直線運動の変換装置（例えば、歯車の回転をラックにより直線運動に変換する装置）を連結すると、直線運動を行うスライドドアのような機器の位置保持装置として使用することができる。

以上、本発明の双方向トルクリミッタについて添付した図面を参照して詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図示の実施形態においては、スプライン歯車１４によって内輪４と外部機器（上述した実施形態においては駆動源から延びる駆動シャフト）とを接続していたが、これに替えて、キーとキー溝とによる接続等、適宜の接続手段で接続してもよい。

２：双方向トルクリミッタ
４：内輪
６：第一のコイルばね
８：中間輪
１０：第二のコイルばね
１２：外輪
１６：第一のフック部
１８：第一の溝部
２０：第二のフック部
４２：第二の溝部

Claims (8)

1. 内輪と、前記内輪の外周面に接触して装着され、線材を巻回して形成される第一のコイルばねと、前記第一のコイルばねの装着された前記内輪が挿入される筒状の中間輪と、前記中間輪の外周面に接触して装着され、線材を巻回して形成される第二のコイルばねと、前記第二のコイルばねの装着された前記中間輪が挿入される筒状の外輪とを備え、
   前記内輪と前記中間輪と前記外輪とは共通の中心軸を有し、
   前記第一のコイルばねには前記中間輪に相対回転不能に固定される第一のフック部が形成され、前記第一のコイルばねは前記中間輪に対し回転不能であり、
   前記第二のコイルばねには前記外輪に相対回転不能に固定される第二のフック部が形成され、前記第二のコイルばねは前記外輪に対し回転不能であり、
   前記第一のフック部が周方向に押されて前記第一のコイルばねの締め付け力が緩む方向と、前記第二のフック部が周方向に押されて前記第二のコイルばねの締め付け力が緩む方向とは軸方向の一方から見て相互に逆であって、
   前記内輪を前記外輪に対して一方向に回転させる前記中心軸周りの回転トルクが付加されたときは、前記回転トルクが第一の所定値より大きい場合に、前記第一のコイルばねと前記内輪との間の摩擦力に打ち勝って前記内輪が前記中間輪に対して回転し、前記内輪を前記外輪に対して反対方向に回転させる前記中心軸周りの回転トルクが付加されたときは、前記回転トルクが第二の所定値より大きい場合に、前記第二のコイルばねと前記中間輪との間の摩擦力に打ち勝って前記中間輪が前記外輪に対して回転する、ことを特徴とする双方向トルクリミッタ。
2. 前記中間輪には前記第一のフック部が挿入されてこれを保持する第一の溝部が形成され、
   前記外輪には前記第二のフック部が挿入されてこれを保持する第二の溝部が形成されている、請求項１に記載の双方向トルクリミッタ。
3. 前記第一のコイルばねの線材の外径は前記第一の溝部の周方向幅よりも大きく、前記第一のフック部は前記第一の溝部に圧入されている、請求項２に記載の双方向トルクリミッタ。
4. 前記第二のコイルばねの線材の外径は前記第二の溝部の周方向幅よりも大きく、前記第二のフック部は前記第二の溝部に圧入されている、請求項２又は３に記載の双方向トルクリミッタ。
5. 軸方向に見て、前記第二のコイルばねと前記第一の溝部とは離隔している、請求項２乃至４のいずれかに記載の双方向トルクリミッタ。
6. 前記第一の所定値及び前記第二の所定値は、一方が他方より大きく設定される、請求項１乃至５のいずれかに記載の双方向トルクリミッタ。
7. 前記外輪の内側にはフッ素系潤滑剤が封入されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の双方向トルクリミッタ。
8. 前記内輪は、前記共通の中心軸の周りを回転可能であり、それぞれが円形断面の外周面を有する内輪内側部材及び内輪外側部材を備え、
   前記内輪外側部材には、前記内輪内側部材を収容する円形断面の内部空間が形成されるとともに、前記内輪内側部材の外周面と前記内輪外側部材の内周面との間には、円形状に湾曲された薄板弾性片が内周面と外周面とに当接するように配設され、
   前記内輪内側部材と前記内輪外側部材との間に第三の所定値よりも小さい回転トルクが付加された場合には、前記内輪内側部材及び前記内輪外側部材は一体回転し、
   前記内輪内側部材と前記内輪外側部材との間に前記第三の所定値よりも大きい回転トルクが付加された場合には、前記内輪内側部材は前記内輪外側部材に対し回転し、
   前記第三の所定値は前記第一の所定値及び前記第二の所定値よりも大きい、請求項１乃至７のいずれかに記載の双方向トルクリミッタ。