JPH09222136A - 両方向トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 径方向に弾性変形可能な外輪の内径面に形成
されたくさび形空所を有するポケットにローラを組込
み、内輪側から外輪側へ又はこの逆に正逆両方向回転の
トルクを伝達し、負荷が一定以上に大きくなると内外輪
いずれか一方が空転するようにした両方向トルクリミッ
タにおいて、ローラのスキュー等の不規則な動作を規制
してトルク変動を抑制することである。 【解決手段】 外輪３の一端面に保持器５の柱部２８を
挿入する保持器嵌入部１９を形成し、その柱部２８を上
記嵌入部１９に、周方向に移動可能に嵌入し、各柱部２
８相互間でローラ４の端部を保持して、各ローラ４の不
規則な動作を規制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、正逆いずれの回
転方向においても、負荷が一定以上に大きくなると内外
輪のいずれか一方が空転するようにした両方向トルクリ
ミッタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この出願人は、正逆いずれの回転方向に
もトルクを発生できる両方向トルクリミッタを特願平７
−３９８２０号で特許出願している。この両方向トルク
リミッタは、外輪の１ヶ所に切れ目を設けるなどして、
径方向に弾性変形できるようになっており、その内径側
に内輪を挿入し、上記外輪の内径面に形成された所要数
のポケットにローラを外輪の弾性により所要の締め代を
もって組込んでいる。上記のポケットの底と内輪との間
には、ローラの中立位置から正逆両回転方向に浅くなる
傾斜をもった一対のくさび形空所が形成され、そのくさ
び形空所の端にローラのストッパ面が形成されたもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の両方向トルクリ
ミッタにおいては、材料の歪みや加工の関係上外輪の径
方向の弾性変形が全周にわたって均一でないことが多
く、特に１ヶ所の切れ目を設けて弾性変形ができるよう
にした場合は、切れ目近傍の部分が他の部分よりも変形
しやすくなり、変形の差が大きい。

【０００４】変形が均一でないと、外輪のポケットに組
込まれたローラの締め代が不均一となり、場合によって
は一部のローラについては締め代がなくなることもあ
る。このため一部のローラはロックせず、自由度が大き
くなってスキュー等の不規則な動作を生じ、トルク変動
の原因となる。

【０００５】そこで、この発明は、上記のごときローラ
の動きを規制することによりトルク変動を抑制した両方
向トルクリミッタを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は径方向に弾性変形可能な外輪を
内輪の外径面に嵌合し、上記外輪の内径面に形成された
所要数のポケットにそれぞれローラを上記外輪の弾性に
より所要の締め代をもって組込み、上記ポケットの底に
最も深いローラ中立位置と、その中立位置から正逆両回
転方向に次第に浅くなる傾斜面を形成することにより内
輪外径面との間に一対のくさび形空所を形成し、上記く
さび形空所の端面にローラのストッパ面を形成してなる
両方向トルクリミッタにおいて、前記外輪の内径面の一
端部に保持器嵌入部を形成し、その保持器嵌入部に各ロ
ーラの端部を突き出し、上記保持器嵌入部に保持器の柱
部を周方向の移動が自由になるように嵌入して各柱部相
互間で各ローラの端部を保持した構成としたものであ
る。

【０００７】請求項２の発明は上記の各ポケットが、複
数のローラと各ローラ間に介在される保持器の柱部を収
納しうる周方向の幅を有し、上記各ポケットの底と内輪
外径面との間に、そのポケットに収納されるローラごと
の中立位置とその中立位置から正逆両回転方向に浅くな
る一対のくさび形空所が形成され、上記保持器の柱部の
うち上記ポケットの部分の柱部を他の柱部より長く形成
してポケットの内部に挿入し、ポケット内のローラを上
記長い柱部により保持した構成としたものである。

【０００８】請求項３の発明は上記の各発明において、
外輪の１ヶ所に軸方向の切れ目を設けることにより、該
外輪に径方向への弾性を付与した構成としたものであ
る。

【０００９】請求項４の発明は、上記外輪の外径面にト
ルク調整リングを嵌合し、上記外輪と調整リングの同じ
位置にそれぞれ軸方向の切れ目を設け、上記外輪の切れ
目の両側に設けた突起の外側面に軸方向のテーパ面を形
成すると共に、上記調整リングの切れ目内面に設けた軸
方向のテーパ面に上記突起のテーパ面を嵌合せしめ、前
記内輪、外輪、調整リングをケーシング内に収納し、そ
のケーシングの端面と上記調整リングとの間にばねを介
在すると共に、そのばねと反対側のケーシングの開口に
蓋を回転自在に嵌合し、上記蓋の内面に上記調整リング
の端面に接触する周方向の傾斜面を形成した構成とした
ものである。

【００１０】以上の構成の両方向トルクリミッタは、そ
の内輪又は外輪のいずれか一方が正逆いずれかの方向に
回転すると、ローラは外輪のくさび形空所に喰い込みロ
ック状態となりトルクを伝達する。負荷が増大すると、
ローラがストッパ面に到達して内輪が空転する。

【００１１】ローラの保持器は、ローラの動きに追従し
て移動するので、外輪の弾性変形の不均一によりロック
しないローラが生じても、そのローラの動きは保持器に
より規制されるため、スキュー等の不規則な動作を起こ
すことがない。

【００１２】請求項５の発明は上記いずれかの発明にお
いて、それらのローラの表面硬度Ｈｖが９００以上、表
面粗さＲａが０．０４μｍ以下である構成としたもので
ある。表面硬度の上限は、加工の困難性の点から１８０
０程度である。表面粗さは滑らかであればあるほど望ま
しいので限定できないが、例えば０．０１μｍ程度でも
十分発明の目的を達成しうる。

【００１３】上記のごとき表面硬度及び表面粗さのロー
ラを用いると、ローラが偏摩耗しにくくなり、またロー
ラが内輪及び外輪を摩耗させる作用も減することから、
摺動状態が安定し、耐久性が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。

【００１５】図１から図５に示した第１の実施形態の両
方向トルクリミッタは、円筒状のケーシング１の中に内
輪２、外輪３、所要数のローラ４、保持器５、調整リン
グ６及びばね１０を組込み、該ケーシング１の開放端を
蓋７により閉塞したものである。

【００１６】ケーシング１の一端の壁８には、中心穴９
が設けられ、その中心穴９の両側の壁８の外面には外部
部材１１との係合突起１２が設けられる。外部部材１１
は係合突起１２に挿入したボルト２１により固定され
る。

【００１７】また、前記中心穴９の内面の段部に筒形の
内輪２の一端が嵌入され位置決めされる。その位置決め
部分のまわりに、複数の突起１３が形成され、その突起
１３が外輪３のポケット１４の一端部に挿入され、これ
によりケーシング１と外輪３との間のトルクの伝達が行
われる。

【００１８】内輪２の先端部は蓋７の中心穴１５から外
部に突き出しており、その先端面に設けた切欠き１６を
軸１７に係合させるようになっている。その軸１７がト
ルクの入力部材、又は出力部材となる。

【００１９】外輪３は、金属等の弾性を有する素材で筒
状に形成されたものであり、その周面の１ヶ所に所要幅
の切れ目１８が軸方向に形成された分割構造をなしてお
り、これにより径方向に弾性変形が可能となっている。

【００２０】上記外輪３は内輪２のまわりに嵌合され
る。その外輪３の蓋７側の端部内径面には保持器嵌入部
１９が形成され、その部分に保持器５の柱部２８、２
８’（図３参照）が挿入される。

【００２１】外輪３の内径面には、上記の保持器嵌入部
１９から他方の端面にわたる長さのポケット隔壁２２
（図３参照）が周方向に所定の間隔をおいて形成され、
各ポケット隔壁２２相互間にポケット１４が形成され
る。各ポケット１４に１本のローラ４が組込まれる。

【００２２】なお、切れ目１８の両側に形成されたポケ
ット隔壁２２は、相互に切れ目１８と同じ幅をもって対
向している（図４参照）。

【００２３】各ポケット１４の底面は、図４に示すよう
に、その幅方向（外輪３の周方向）の中央部分が相対的
に深く形成され、ローラ４の中立位置２４となってい
る。その中立位置２４から外輪３の正逆両回転方向に次
第に底が浅くなる傾斜面２５、２５が形成され、各傾斜
面２５、２５と内輪２の外径面との間に一対のくさび形
空所２６、２６が形成される。各くさび形空所２６、２
６の端面はストッパ面２７となっている。

【００２４】上記のくさび形空所２６を形成する傾斜面
２５は、ローラ４が内輪２との間に喰い込んだ際にロッ
ク作用を生じるような傾斜角度に形成され、またストッ
パ面２７は、外輪３の弾性変形内でローラ４の喰い込み
を止める作用をなす。

【００２５】ローラ４は、上記の中立位置２４において
外輪３の弾性により微小な締め代をもって組込まれる。

【００２６】前記の保持器５は、図３に示すように柱部
２８、２８’とこれらを連結する環部２９とから成り、
柱部２８、２８’は外輪３の前記保持器嵌入部１９に嵌
入される長さを有すると共に、ポケット隔壁２２に対応
して設けられるが、そのうち１つの柱部２８’は切れ目
１８の両側の２つのポケット隔壁２２にわたる幅を有
し、他の柱部２８より幅広に形成される。

【００２７】上記の各柱部２８、２８’相互間の間隔
は、前記のポケット１４の幅より狭く形成され、各ロー
ラ４の両側に接触する程度の間隔に形成される。

【００２８】上記の保持器５は、各柱部２８、２８’を
前記外輪３に嵌入させた状態でその外輪３に対し自由に
周方向に移動してローラ４の本来の作用のための移動を
妨げず、また、保持器嵌入部１９に突き出した各ローラ
４の端部を柱部２８、２８’相互間で保持する。この柱
部２８、２８’の保持により、ローラ４がスキュー等の
不規則な運動をすることを規制する。

【００２９】調整リング６も金属等の弾性ある素材によ
り円筒状に形成され、前記外輪３の外径面に若干のすき
間をおいて嵌合される。上記の調整リング６は、外輪３
の切れ目１８と同じ位置に、これより若干広い幅の切れ
目３１が形成される。

【００３０】前記外輪３の切れ目１８の外径面側には、
その切れ目１８の両側に一対の嵌合突起３２（図２参
照）が形成され、各嵌合突起３２の外側面が調整リング
６の切れ目３１の対向内面に嵌合される。

【００３１】上記嵌合突起３２の外側面は、図５に示す
ようにテーパ面３３となっており、これと嵌合した切れ
目３１の対向内面も、テーパ面３４となっている。

【００３２】また、上記調整リング６とケーシング１の
壁８との間に環状の波形のばね１０が介在され、調整リ
ング６が壁８側に押込まれたとき、該ばね１０の弾力に
より元の位置に戻す作用をなす。上記調整リング６の蓋
７側の端面には、図５に示すように突起３５が３ヶ所に
形成される。

【００３３】蓋７は、内輪２のまわりに若干のすき間を
もって嵌合され、その外径面に形成した周方向のリブ３
６をケーシング１の開放端内面の溝３７に嵌合させるこ
とによりケーシング１を閉塞する。

【００３４】蓋７の内面には、中心穴１５のまわりに前
記の保持器５の環部２９が嵌合される段部３９（図３参
照）が形成され、その段部３９のまわりに外輪３の端面
の押さえ面４１が形成され、その押さえ面４１のまわり
に周方向の傾斜面４２が３ヶ所に等配に設けられてい
る。

【００３５】前記の調整リング６の各突起３５は、上記
の各傾斜面４２に押し当てられる（図５参照）。

【００３６】第１実施形態の両方向トルクリミッタは以
上のごときものであり、軸１７を入力部材とし、外方部
材１１を出力部材としてトルクを伝達する場合は、軸１
７の正逆いずれか一方向の回転に伴い内輪２が回転する
と、ローラ４が中立位置２４から外輪３を弾性変形させ
て拡径しつつ移動し、いずれか一方のくさび形空所２６
に喰い込んでロック状態となる。そのロック作用により
外輪３、その外輪３に係合突起１２を介して係合された
ケーシング１が回転し、外方部材１１に対しトルクが伝
達される。

【００３７】なお、外輪３が拡径されたとき、調整リン
グ６がこれに接触しているときは調整リング６の弾力が
外輪３の弾力に追加されてローラ４に加わるため、伝達
トルクが大きくなる。両者の間にすき間があるときは、
当初は外輪３の弾力が作用し、すき間が零になると調整
リング６の弾力が追加される。

【００３８】外部部材１１に加わる負荷が更に大きくな
ると、切れ目１８、３１が一層拡開してローラ４の喰い
込み量が増大し、ローラ４がストッパ面２７に当たる
（図４の実線参照）。これによりローラ４のくさび形空
所２６に対する喰い込みが止められ、ローラ４のロック
作用が喪失し、それ以上の負荷を支えることができなく
なり、内輪２が空転するに至る。

【００３９】また、前記とは逆に外方部材１１からトル
クが入力された場合も同様に、内輪２側の軸１７に作用
する負荷が一定以上に大きくなると外輪３が空転する。

【００４０】一方、蓋７を外部からの操作によって回転
させると、各傾斜面４２と調整リング６の突起３５との
接触位置が変わり、調整リング６がばね１０を圧縮させ
ながら壁８側に押し込まれる。これにより、外輪３の切
れ目１８の嵌合突起３２のテーパ面３３、調整リング６
の切れ目３１の内面のテーパ面３４の嵌合の状態が変化
する。

【００４１】即ち、調整リング６の押込みが浅いときは
（図５の一点鎖線参照）、テーパ面３３とテーパ面３４
間には一定のすき間があり、外輪３が拡径してもそのす
き間は零にならない。調整リング６を深く押込むとテー
パ面３３、３４間のすき間が小さくなり、或いは零にな
るので、外輪３が拡径すると、調整リング６はすき間３
１が押し拡げられて拡径する。このため、ローラ４に加
わる力が増大し、伝達トルクが大きくなる。

【００４２】従って、調整リング６の押込み量の調整に
よって伝達トルクを調整することができる。

【００４３】なお、図４は外輪３が一点鎖線の状態から
実線で示す最大限の拡径状態でもテーパ面３３とテーパ
面４４が接触しない状態を示す。

【００４４】次に、図７から図９に示した第２の実施形
態は、外輪３、及び保持器５の構造において前述のもの
と相違があるが、他の構造は同じである。即ち、外輪３
内径面の切れ目１８の両側の２ヶ所に２つのポケット隔
壁２２、２２が形成されるが、他の第３のポケット隔壁
２２’は切れ目１８に対向した部分の１ヶ所に設けら
れ、全部で３ヶ所に設けられる。切れ目１８の両側の各
ポケット隔壁２２と第３のポケット隔壁２２’との間に
は、広いポケット１４’が形成される。各ポケット１
４’の底には、３本のローラ４に対応した３ヶ所の中立
位置２４とその両側の傾斜面２５の組が３組一定間隔を
おいて設けられ、その各組間隔部分に後述の保持器５の
長い方の柱部４３が挿入される。

【００４５】保持器５は、図８に示すように、環部４４
の片面の対向位置に２本の短い柱部４５を形成し、これ
らの各柱部４５間に２本づつ合計４本の長い柱部４３が
形成されたものである。

【００４６】上記２本の短い柱部４５のうち一方の柱部
４５は、前述の切れ目１８の内側に形成された一対のポ
ケット隔壁２２に対向し、また、他方の短い柱部４５
は、第３のポケット隔壁２２’に対向する。また、これ
らの短い柱部４５は、いずれも外輪３の端面の保持器嵌
入部１９に嵌入される軸方向長さを有する。また、長い
柱部４３はローラ４の軸方向長さに一致するように形成
される。

【００４７】上記の保持器５の各柱部４３、４５間に各
ローラ４ががたつきなく挿入され、また、その各ローラ
４は通常の状態で各ポケット１４’の中立位置２４に位
置する。

【００４８】なお、ケーシング１の壁８の内面に形成さ
れた係合突起１３（図１参照）は、前記の各ポケット１
４’に嵌合する周方向の幅を有する。

【００４９】その他の構成は前記の第１実施形態のもの
と同様であるので、同一部分に同一符号を付して示すに
とどめ、その説明を省略する。

【００５０】上記の第２の実施形態の両方向トルクリミ
ッタは、内輪２側からケーシング１側へ、又はその反対
方向にトルクが伝達され、負荷が一定以上に大きくなる
と、内外輪のいずれか一方が空転する。また各ローラ４
の動作は、保持器５の柱部４３、４５により規制され
る。

【００５１】なお、この場合は、ローラ４のストッパ面
２７が３ヶ所のポケット隔壁２２、２２’にしか設けら
れておらず、全てのローラ４がストッパ面２７に当たる
ことはないが、機能上は前述のものと実質的な相違はな
い。

【００５２】その他の作用は第１の実施形態と同一であ
るので、その説明は省略する。

【００５３】以上の説明から明らかなように、この発明
のトルクリミッタは、過負荷時に外輪３及び調整リング
６をばね部材として使用し、ローラ４を内輪２に強く押
し付けた状態で、ローラ４と内輪２を摺動させることに
より大きな摩擦トルクを得るようにしている。

【００５４】トルクリミッタの要求機能としては、過負
荷時に規格内のトルクで回転することである。したがっ
て、耐久性を向上させるためには、摺動状態を安定させ
ることが必要である。

【００５５】前述のトルクリミッタでは、外輪３及び調
整リング６の変形量でばね力が変わるため、外輪３、内
輪２及びローラ４の摺動部が摩耗すると外輪３の変形量
が小さくなり、ばね力が小さくなる。その結果、過負荷
時の回転トルクが低下するため、耐久性を向上させるた
めには、各摺動部の摩耗を抑えることが必要である。

【００５６】このような要求に応えるためには、ローラ
４の表面硬度がＨｖ９００以上、表面粗さＲａを０．０
４μｍ以下とすることが必要である。ローラ４の材料と
しては、熱処理により硬度を高くした鋼、表面に硬質メ
ッキを施した鋼、超硬合金又はセラミックなどを用い
る。表面硬度の上限は、加工の困難性を考慮してＨｖ１
８００とする。

【００５７】上記ローラ４の表面粗さは、研削加工やラ
ップ加工により０．０４μｍ以下とする。表面は滑らか
であればある方が望ましい。例えば、０，０１μｍ程度
でもよい。

【００５８】〔試験結果〕トルクリミッタの耐久試験結
果を図１０（ａ）に、また比較試験結果を図１０（ｂ）
に示す。これらの場合のローラの表面硬度及び表面粗さ
は、図中に記入のとおりである。

【００５９】

【発明の効果】この発明は以上のごときものであり、ロ
ーラが保持器の柱部に規制されるので、外輪の弾性変形
の不均一に起因してロックしないローラが存在しても、
ローラが不規則な動きをすることがない。このためトル
ク変動が抑制され、安定した設定トルクが得られる。

【００６０】また、ローラの表面硬度を上げ、表面粗さ
を下げることにより、ローラの偏摩耗及び内外輪の摩耗
が抑制され、耐久性が向上する。また、これまで対応で
きなかった厳しい使用条件でも過負荷時のトルクが安定
するため使用可能な範囲が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の断面図

【図２】図１のII−II線の断面図

【図３】同上の一部分解斜視図

【図４】同上の一部拡大断面図

【図５】同上の断面図

【図６】第２の実施形態の断面図

【図７】図６のVII −VII 線の断面図

【図８】同上の一部分解斜視図

【図９】同上の一部拡大断面図

【図１０】（ａ） 耐久試験結果のグラフ図 （ｂ） 比較例の耐久試験結果のグラフ図

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 内輪 ３ 外輪 ４ ローラ ５ 保持器 ６ 調整リング ７ 蓋 ８ 壁 ９ 中心穴 １０ ばね １１ 外部部材 １２ 係合突起 １３ 突起 １４、１４’ ポケット １５ 中心穴 １６ 切欠き １７ 軸 １８ 切れ目 １９ 保持器嵌入部 ２１ ボルト ２２、２２’ ポケット隔壁 ２４ 中立位置 ２５ 傾斜面 ２６ くさび形空所 ２７ ストッパ面 ２８、２８’ 柱部 ２９ 環部 ３１ 切れ目 ３２ 嵌合突起 ３３、３４ テーパ面 ３５ 突起 ３６ リブ ３７ 溝 ３９ 段部 ４１ 押さえ面 ４２ 傾斜面 ４３ 長い柱部 ４４ 環部 ４５ 短い柱部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 径方向に弾性変形可能な外輪を内輪の外
   径面に嵌合し、上記外輪の内径面に形成された所要数の
   ポケットにそれぞれローラを上記外輪の弾性により所要
   の締め代をもって組込み、上記ポケットの底に最も深い
   ローラ中立位置と、その中立位置から正逆両回転方向に
   次第に浅くなる傾斜面を形成することにより内輪外径面
   との間に一対のくさび形空所を形成し、上記くさび形空
   所の端面にローラのストッパ面を形成してなる両方向ト
   ルクリミッタにおいて、前記外輪の内径面の一端部に保
   持器嵌入部を形成し、その保持器嵌入部に各ローラの端
   部を突き出し、上記保持器嵌入部に保持器の柱部を周方
   向の移動が自由になるように嵌入して各柱部相互間で各
   ローラの端部を保持したことを特徴とする両方向トルク
   リミッタ。
2. 【請求項２】 前記の各ポケットが、複数のローラと各
   ローラ間に介在される保持器の柱部を収納しうる周方向
   の幅を有し、上記各ポケットの底と内輪外径面との間
   に、そのポケットに収納されるローラごとの中立位置と
   その中立位置から正逆両回転方向に浅くなる一対のくさ
   び形空所が形成され、上記保持器の柱部のうち上記ポケ
   ットの部分の柱部を他の柱部より長く形成してポケット
   の内部に挿入し、ポケット内のローラを上記長い柱部に
   より保持したことを特徴とする請求項１に記載の両方向
   トルクリミッタ。
3. 【請求項３】 上記外輪の１ヶ所に軸方向の切れ目を設
   けることにより、該外輪に径方向への弾性を付与したこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の両方向トルクリ
   ミッタ。
4. 【請求項４】 上記外輪の外径面にトルク調整リングを
   嵌合し、上記外輪と調整リングの同じ位置にそれぞれ軸
   方向の切れ目を設け、上記外輪の切れ目の両側に設けた
   突起の外側面に軸方向のテーパ面を形成すると共に、上
   記調整リングの切れ目内面に設けた軸方向のテーパ面に
   上記突起のテーパ面を所要のすき間をおいて嵌合せし
   め、前記内輪、外輪、調整リングをケーシング内に収納
   し、そのケーシングの端面と上記調整リングとの間にば
   ねを介在すると共に、そのばねと反対側のケーシングの
   開口に蓋を回転自在に嵌合し、上記蓋の内面に上記調整
   リングの端面に接触する周方向の傾斜面を形成し、該蓋
   の回転により上記テーパ面相互間のすき間を調整するよ
   うにしたことを特徴とする請求項３に記載の両方向トル
   クリミッタ。
5. 【請求項５】 上記ローラは表面硬度Ｈｖ９００以上、
   表面粗さＲａ０．０４μｍ以下であることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の両方向トルクリミッ
   タ。