WO2018043486A1

WO2018043486A1 - トルクリミッタ

Info

Publication number: WO2018043486A1
Application number: PCT/JP2017/030938
Authority: WO
Inventors: 洋裕小林
Original assignee: オリジン電気株式会社
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-03-08
Also published as: JP2018035837A

Abstract

回転伝達時にバックラッシュが無く、抵抗トルクの変動が少なく、大トルクの伝達が可能なトルクリミッタを提供する。　本発明のトルクリミッタにおいては、軸状の内輪（２）と、内輪（２）を囲む内側リング（３）と、内側リング（３）の両側に夫々配置された一対の外側リング（４）とを、共通の中心軸を有するようハウジング（１）内に設置する。内輪（２）と内側リング（３）とを相対回転不能に係合するとともに、一対の外側リング（４）とハウジング（１）とを相対回転不能に係合し、さらに、内側リング（３）の外周面に形成した円錐面に、外側リング（４）の内周面に形成した対向円錐面を圧接する。内輪（２）とハウジング（１）との間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、内側リング（３）の円錐面と外側リング（４）の対向円錐面との間の摩擦力に抗して、内輪（２）とハウジング（１）とが相対的に回転する。

Description

トルクリミッタ

　本発明は、ハウジング内に収容された内輪と、ハウジングと内輪との間に設けられる摩擦力付与手段とを備え、両者の間に作用する回転トルクが所定値より大きい場合に、内輪とハウジングとが相対的に回転するよう構成されたトルクリミッタに関するものである。

　プリンタや複写機においては、上下方向に積層された用紙群から用紙を一枚ずつ給紙するための給紙装置が使用される。このような給紙装置にあっては、静電気のような微小相互吸着力によって複数の用紙が上下に吸着した重層状態で用紙群から用紙が取り出され、重層状態のまま用紙がプリンタや複写機の本体部に給紙されてしまうことがあり、これを回避するため、給紙装置には通常トルクリミッタが装着されている。

　トルクリミッタを用いる給紙装置の一例として、特許文献１に開示されたものを図９に示す。給紙装置Ｓは、モーターのような適宜の駆動源に接続されて回転する駆動ローラーＫＲと、この駆動ローラーＫＲの回転軸と平行であって且つこの駆動ローラーＫＲの回転に従動して回転する従動ローラーＪＲと、用紙群を支持する用紙トレーＰＴとを有する。駆動ローラーＫＲと従動ローラーＪＲの表面は共に比較的摩擦係数が高く弾力性のある樹脂製素材で覆われており、駆動ローラーＫＲと従動ローラーＪＲとは、ばねのような適宜の付勢手段によって密着されている。
　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。

　積層された用紙群から給紙装置に用紙が一枚のみ給紙される場合においては、図９（ａ）に示すとおり、一枚の用紙Ｐは、駆動ローラーＫＲと従動ローラーＪＲに密接する。そして、反時計方向に回転する駆動ローラーＫＲと用紙Ｐの上面との摩擦力によって、用紙Ｐは駆動ローラーＫＲの回転方向に送り出され、従動ローラーＪＲは用紙Ｐを介して伝達される上記摩擦力によって時計方向に所定値より大きい回転トルクが付加され、固定された内輪Ｎに対し相対的に回転する。

　一方、用紙群から給紙装置に用紙が上下に重層された状態で給紙される場合においては、図９（ｂ）に示すとおり、用紙Ｐ１及びＰ２は重層状態のまま駆動ローラーＫＲの摩擦力によって給紙装置Ｓに給紙され、上側の用紙Ｐ１の上面には駆動ローラーＫＲが密接されると共に下側の用紙Ｐ２の下面には従動ローラーＪＲが密接される。そして、反時計方向に回転する駆動ローラーＫＲと上側の用紙Ｐ１との摩擦力によって上側の用紙Ｐ１は駆動ローラーＫＲの回転方向に送り出されようとする。
　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。

　トルクリミッタは、給紙装置に限らず、駆動源のモーター等に過負荷が掛かったときに負荷を切り離してモーターを保護する部品としても用いられる。トルクリミッタとしては、例えば、特許文献２に記載されたコイルばねを用いた摩擦式のものが知られており、これは、図１０に示すように、軸状の内輪Ｎと、この内輪Ｎの外周面に接触して装着され、摩擦力を付与するコイルばねＢと、このコイルばねＢが装着された上記内輪Ｎが挿入される筒状の外輪Ｇとを備えている。内輪Ｎは円筒形状であって、その外径は自由状態（ばねに力が作用していない状態）のコイルばねＢの右側部分の径よりも大きく、内輪Ｎの回転に対し摩擦力を作用させる。コイルばねＢは、線材を巻回して形成され、その中心軸方向の先端には中心軸方向に延びる係合部Ｋ１が形成されていると共に、外輪Ｇの内側にはこの係合部Ｋ１と係合する被係合部Ｋ２が形成されている。

特開２００８－２７４９７９号公報特開２００６－３０７９３４号公報

　上述のとおり、コイルばねを用いた摩擦式のトルクリミッタにおいては、内輪Ｎの外周面とコイルばねＢの内周面との間で生じる摩擦力よりも内輪Ｎと外輪Ｇとを相対的に回転させる中心軸ｏ周りの回転トルクが大きい場合に、外輪Ｇと内輪Ｎとが相対的に回転することから、以下のような問題点がある。
　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。

　また、コイルばねを用いたトルクリミッタでは、コイルばねＢの締め付けを緩める方向のトルクが作用し、そのトルクが所定値（いわゆるスリップトルク）に達した場合に、外輪Ｇと内輪Ｎとが相対的に回転するようになる。つまり、外輪Ｇと内輪Ｎとの相対的な回転には、コイルばねＢがわずかに緩むためのクリアランスが必要であって、例えば、内径が一定のコイルばねを用い、双方向の回転に対して相対的回転が可能なようにしたトルクリミッタでは、コイルばねの両端を、クリアランスを設けて外輪に固定する（特開平１０－１１０７３９号公報参照）。このクリアランスは、外輪Ｇと内輪Ｎとの間の回転伝達においては、バックラッシュとなってしまい、回転位置制御等に不利な影響を及ぼす。
　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、コイルばねと内輪との間の摩擦力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小型のトルクリミッタを提供することを課題とする。

　上記の課題に鑑み、本発明は、一対の円錐面を備えた内側リングを内輪に固定するとともに、内側リングの両側に、その円錐面と密着する対向円錐面を備えた外側リングを配置して外側リングをハウジングと連結し、内側リングと外側リングとの間に軸方向の荷重を加え、いわゆる輪ばねの原理を応用して、密着する円錐面と対向円錐面との間に摩擦力を作用させたトルクリミッタを構成するものである。即ち、本発明は、
「軸状の内輪と、前記内輪を囲む内側リングと、前記内側リングの両側にそれぞれ配置された一対の外側リングとが、共通の中心軸を有するようハウジング内に設置され、
　前記内輪と前記内側リングとが相対回転不能に係合されるとともに、前記一対の外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、
　前記内側リングの外周面には、軸方向中央の断面の径が最大で両端部に向けて断面の径が減少する一対の円錐面が形成され、前記一対の外側リングの内周面には、前記内側リングの円錐面と当接して軸方向に押圧する対向円錐面がそれぞれ形成されており、
　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、前記内側リングの円錐面と前記一対の外側リングの対向円錐面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。

　本発明のトルクリミッタにおいては、前記ハウジングを第１ハウジング部と第２ハウジング部とに分割し、「前記第１ハウジング部は、軸方向両側にそれぞれ設置され一部が切り欠かれた円板形状をなす端板と、前記端板を軸方向に相互に接続し、内部に収容空間が形成されるとともに片側が開口された側面部とを有し、前記第２ハウジング部は、前記第１ハウジング部の端板の切り欠かれた部分に嵌り合う嵌め込み部と、側面部の開口をシールドする蓋部とを有する」ように構成することができる。
　この場合においては、「前記第１ハウジング部は金属材料により形成され、前記第２ハウジング部は合成樹脂材料により形成されており、前記第１ハウジング部には前記押圧手段が設置されるとともに、前記第２ハウジング部が、係合用の突起部及び穴部により、前記第１ハウジング部に弾性を利用して係合される」構造とすること、さらに、前記押圧手段として「前記第１ハウジング部の端板に、前記外側リングに軸方向の荷重を加える押圧ねじを設置し、前記押圧ねじを軸方向に進退させて、前記内側リングの円錐面と前記一対の外側リングの対向円錐面との間の摩擦力を調整する」構造とすることが好ましい。

　また、本発明のトルクリミッタのハウジングとして、「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」ように構成することができる。
　この場合においては、「前記蓋部には、前記外側リングを軸方向に押圧する押圧片が形成され、前記蓋部を軸方向に進退させて、前記内側リングの円錐面と前記一対の外側リングの対向円錐面との間の摩擦力が調整される」構造とすることが好ましい。

　前記外側リングの対向円錐面が前記内側リングの円錐面と当接して軸方向に押圧することで、前記内側リングは縮径すると共に前記外側リングは拡径するのが好適である。

　本発明のトルクリミッタは、軸状の内輪、内輪を囲む内側リング及び一対の外側リングを備えており、これらはハウジング内に共通の中心軸を有するように設置される。内側リングは、係合手段と被係合手段とにより内輪に相対回転不能に係合され、それぞれの外側リングは、内側リングの両側に配置されて、係止手段と被係止手段とによりハウジングに相対回転不能に係止されている。
　そして、内側リングの外周面には、軸方向中央の断面の径が最大で両端部に向けて断面の径が減少する一対の円錐面を形成し、両側に配置された外側リングには、内側リングの円錐面と密着する対向円錐面をそれぞれ形成して、内側リングと外側リングとの間に軸方向の荷重を加える（図１等参照）。つまり、内側リングと外側リングとは、「輪ばね」として知られるばね装置をなしていて、軸方向の荷重により弾性変形し、内側リングが縮径するとともに外側リングが拡径する。この弾性変形に伴い、内側リングの円錐面と外側リングの対向円錐面との間には摩擦力が作用するが、その摩擦力は、内側リングと外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（内側リングに係合）とハウジング（外側リングに係合）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。

　また、本発明のトルクリミッタでは、内側リングの円錐面と外側リングの対向円錐面との間で摩擦力を発生させている。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、内側リングと外側リングとを相対的に回転するためには、クリアランスを設定する必要がない。したがって、内輪とハウジングとの間で回転（トルク）の伝達が行われているときは、内輪とハウジング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。
　所定値よりも大きなトルクが内側リングと外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、相対的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。

　本発明のトルクリミッタの具体的な実施態様として、後述の図１等に示すとおり、ハウジングを、いわば主体部をなし側方が開口した第１ハウジング部と、その開口に蓋をするように設けられた第２ハウジング部とに分割することができる。つまり、第１ハウジング部は、軸方向両側にそれぞれ設置され一部が切り欠かれた円板形状をなす端板と、その端板を軸方向に相互に接続し、内部に収容空間が形成されるとともに片側が開口された側面部とを有する構造とし、第２ハウジング部は、第１ハウジング部の端板の切り欠かれた部分に嵌り合う嵌め込み部と、側面部の開口をシールドする蓋部とを有する構造とする。
　本発明のトルクリミッタでは、「輪ばね」をなす内側リングと外側リングとによって軸方向に大きな反力が発生する。ハウジングを上記の構成とした場合には、第１ハウジング部が、軸方向の両端の端板とそれらを軸方向に相互に接続する側面部を備えた剛性の大きい部材となり、内側リングと外側リングの反力によって変形を起こすことが防止される。さらに、第１ハウジング部の側面部の開口から、内輪及び内側リングと外側リングとの組み合せ体を挿入することで、トルクリミッタを製造することが容易となる。ここで、第１ハウジング部を金属材料により形成し、第２ハウジング部を合成樹脂材料により形成した場合には、第１ハウジング部の剛性がより一層高まるとともに、第２ハウジング部の弾性を利用して、第１ハウジング部に組み付けることが可能となる。

　また、本発明のトルクリミッタにおけるハウジングの別の実施態様として、後述の図７に示すとおり、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することができる。この場合において、蓋部に外側リングを軸方向に押圧する押圧片を形成して軸方向に進退させると、周方向に均等な押圧力を作用させて、内側リングと外側リングとの間の摩擦力を調整できる。

　更にまた、本発明のトルクリミッタにおいて、外側リングの対向円錐面が内側リングの円錐面と当接して軸方向に押圧した際に、内側リングは縮径すると共に外側リングは拡径するようにすることで、円錐面と対向円錐面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。

本発明のトルクリミッタの実施例の全体的な構造を示す図である。図１に示すトルクリミッタを構成する部品の組み立て図である。図１に示すトルクリミッタのハウジングを示す図である。図１に示すトルクリミッタの内輪を示す図である。図１に示すトルクリミッタの内側リングを示す図である。図１に示すトルクリミッタの外側リングを示す図である。図１に示すトルクリミッタの第１の変形例を示す図である。図１に示すトルクリミッタの第２の変形例を示す図である。トルクリミッタを備えた給紙装置の作動を説明する図である。従来の摩擦式のトルクリミッタの一例を示す図である。

　以下、図面に基づいて、本発明のトルクリミッタについて説明する。図１には、本発明のトルクリミッタの実施例の全体的な構造を示す図を示し、図２には、その組み立て図を示し、図３乃至図６には、各構成部品の単品図を示す。

　図１及び図２に示すように、本実施例のトルクリミッタは、固定されたハウジング１を具備し、このハウジング１内には共通の中心軸ｏを有する内輪２、内側リング３、及び一対の外側リング４が備えられている。

　図１及び図２と共に図３を参照して説明すると、ハウジング１は、第１ハウジング部１１と第２ハウジング部１２とに分割されている。第１ハウジング部１１は金属材料により形成され、軸方向両側にそれぞれ設置され一部が切り欠かれた円板形状をなす一対の端板１１ａと、この一対の端板１１ａを軸方向に相互に接続し、内部に収容空間が形成された側面部１１ｂとを有する（図３（ａ））。側面部１１ｂの外周面所定位置には、係合用の突起部１１ｃが形成されている。側面部１１ｂの片側には矩形形状の開口１１ｄが形成されている。端板１１ａの一方の外面には、機械部品のような従動部材が接続される突起１１ｅが形成され、端板１１ａの他方には後述する押圧ねじが挿通される一対の小孔１１ｆが形成されている。第２ハウジング部１２は合成樹脂材料により形成され、第１ハウジング部１１の一対の端板１１ａの切り欠かれた部分の夫々に嵌り合う一対の嵌め込み部１２ａと、側面部１１ｂの開口１１ｄをシールドする蓋部１２ｂとを有する（図３（ｂ））。蓋部１２ｂの外周面所定位置には、係合用の穴部１２ｃが形成されている。第２ハウジング部１２の穴部１２ｃを第１ハウジング部１１の突起部１１ｃに係合させることで第１ハウジング部１１と壁部１２とが組み合わされる。ハウジング１をこのように構成することにより、内側リング３と外側リング４とを組み合わせた際に生ずる後述の反力によってハウジング１が変形することが防止される。

　第１ハウジング部１１と第２ハウジング部１２とが組み合わされることで円柱形状部材であるハウジング１が形成される。ハウジング１の内部には、軸方向中央領域において円柱形状の空洞部１３と、軸方向両端部において空洞部１３に連通し内輪２を軸受けする軸孔１４とが夫々画成される。空洞部１３の外面（即ちハウジング１の内面）には係止手段が形成されている。係止手段は、直径方向に対向した２つの一対の係止突起１５（従って係止突起１５は全部で４つ）から構成されている。一対の係止突起１５の一方は共に第１ハウジング部１１の内面、更に詳しくは端板１１ａの内面、において軸方向に対向して位置する（図３（ａ）左から２つ目の正面図）。一対の係止突起１５の他方は共に第２ハウジング部１２の内面、更に詳しくは嵌め込み部１２ａの内面、において軸方向に対向して位置する（図３（ｂ）中央の正面図）。

　図１及び図２と共に図４を参照して説明すると、内輪２は金属製の軸状部材であり、円筒形状の軸部２１と、軸部２１の外周面に形成された係合手段とを有する。係合手段は軸部２１の片端部（即ち図４左図のＡ－Ａ断面図において左側端部）において半径方向外方に突出する一対の係合突部２２から構成されている。一対の係合突部２２の各々は、軸部２１の外周面において直径方向において対向して位置する。一対の係合突部２２の各々は、軸方向に対向する片端面２２ａ及び他端面２２ｂ、周方向に対向する一対の側面２２ｃ、及び半径方向外側に位置する外面２２ｄを有する。片端面２２ａ及び他端面２２ｂは共に軸部２１の外周面から半径方向外方に延出している。片端面２２ａ及び他端面２２ｂの半径方向外側縁は、共に円弧状であるものの、片端面２２ａのそれは他端面２２ｂのそれよりも半径方向内側に位置している。一対の側面２２ｃの各々は共に台形形状である。外面２２ｄは、係合突部２２の縦断面において、片端面２２ａから他端面２２ｂ（即ち図４左図のＡ－Ａ断面図において右方）に向かって半径方向外方に傾斜して直線状に延びている。かかる傾斜は、外側リング４に形成される後述する対向円錐面の傾斜と同一である。外面２２ｄは、係合突部２２の横断面において、円弧形状である。軸部２１の他端部には、モーターのような駆動部材が接続される切欠き２３が形成されている。

　図１及び図２と共に図５を参照して説明すると、内側リング３は金属製であって、その断面は半径方向外側に向かって凸形状である（図５中央のＡ－Ａ断面図）。内側リング３の外周面には、軸方向中央の断面の径が最大で両端部に向けて断面の径が減少する一対の円錐面３１が形成されている。図示の実施例においては、一対の円錐面３１の各々の断面は、その外周面が軸方向中央から両端部に向かって直線状に傾斜しており、図５中央のＡ－Ａ断面図において左右対称である。内側リング３の内周面は平坦な環状周面である。内側リング３には被係合手段が形成されている。被係合手段は内側リング３の軸方向片端部においてコの字形状に形成された一対の切欠き３２である。一対の切欠き３２の各々は直径方向に対向して位置している。

　図１及び図２と共に図６を参照して説明すると、外側リング４は金属製であって、その内周面には、内側リング３の円錐面３１と当接して軸方向に押圧する対向円錐面４１が形成されている。図示の実施例においては、外側リング４の断面は半径方向内側に向かって凸形状であって、外側リング４の内周面には、軸方向中央の断面の径が最小で両端部に向けて断面の径が増大する一対の傾斜面４２が形成され、一対の傾斜面４２の各々は、図６中央のＡ－Ａ断面図において左右対称である。そして、対向円錐面４１は軸方向片側（図６中央のＡ－Ａ断面図において右側）に位置する傾斜面４２に規定される。所望ならば、一対の傾斜面４２の内、対向円錐面４１が規定されていない側の面は、傾斜せずに軸方向と平行な平坦面としてもよい。外側リング４の外周面は平坦な環状周面である。外側リング４には被係止手段が形成されている。被係止手段は外側リング４の軸方向他端部においてコの字形状に形成された一対の切欠き４３である。一対の切欠き４３の各々は直径方向に対向して位置している。

　内輪２、内側リング３、及び一対の外側リング４は、内輪２が内側リング３及び一対の外側リング４によって囲まれると共に、内側リング３が一対の外側リング４によって挟み込まれ、円錐面３１と対向円錐面４１とが当接して軸方向に押圧された状態で、ハウジング１内に収容される。その際には、先ず、内側リング３の切欠き３２を内輪２の係合突部２２と係合させ、一対の外側リング４の各々を軸方向内側に相互に押圧して内側リング３の一方の円錐面３１に一方の外側リング４の対向円錐面４１を密着させると共に他方の円錐面３１に他方の外側リング４の対向円錐面４１を密着させた組み合わせ体を、第１ハウジング部１１の側面部１１ｂの開口１１ｄから挿入して、第1ハウジング部１１内に設置する。次いで、第１ハウジング部１１の開口１１ｄを第２ハウジング部１２によりシールする。このとき、一対の外側リング４の各々の切欠き４３をハウジング１の係止突起１５の各々に係止させ、一対の外側リング４の各々をハウジング１に対して相対回転不能にさせる。

　内輪２、内側リング３、及び一対の外側リング４がハウジング１内（即ち空洞部１３）に設置された状態にあっては、内輪２は軸孔１４において回転可能に軸支される。また、内輪２は、係合突部２２の片端面２２ａが一方の端板１１ａと対向すると共に他端面２２ｂが内側リング３の切欠き３２の軸方向端面と対向することで軸方向への抜けが防止される。更に、係合突部２２は一方の外側リング４の半径方向内側に位置するが、外面２２ｄが傾斜面４２（即ち対向円錐面４１）と対向し、縦断面における外面２２ｄの傾斜と対向円錐面４１の傾斜が同一であることに起因して、外面２２ｄと対向円錐面４１とが干渉することはない（図１Ｂ－Ｂ断面図及び図１Ｃ部拡大図）。

　更にまた、空洞部１３の軸方向長さは、内側リング３を一対の外側リング４で軸方向に挟み込んだ際の軸方向自然長（即ち円錐面３１と対向円錐面４１とが面接触するだけであって密着されていない状態の軸方向長さ）よりも短いため、一対の外側リング４の各々は端板１１ａによって軸方向内側に押圧され、円錐面３１と対向円錐面４１とは一定面積において所定の密着力で密着する。このとき、本発明のトルクリミッタにおいては、内側リング３と外側リング４とが「輪ばね」として知られるばね装置をなし、軸方向の荷重（即ち押圧）によって弾性的に内側リング３が縮径するとともに外側リング４が拡径する。これにより、円錐面３１と対向円錐面４１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。円錐面３１と対向円錐面４１との密着力（即ち内側リング３の円錐面３１と一対の外側リング４の対向円錐面４１との間の摩擦力）は押圧ねじ５により調整される。押圧ねじ５はハウジング１のハウジング１の端板１１ａの一方に形成された小孔１１ｆから挿通され、外側リング４に軸方向の荷重を加える。そして、内側リング３の円錐面３１と一対の外側リング４の対向円錐面４１との間の摩擦力は、押圧ねじ５を軸方向に進退させることにより調整される。

　続いて、本発明のトルクリミッタの作動について、図１を参照して説明する。
　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に係合された内側リング３の円錐面３１とハウジング１に係止された外側リング４の対向円錐面４１との間の摩擦力により、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、内側リング３と外側リング４とは「輪ばね」として知られるばね装置をなしており、内側リング３と外側リング４とが軸方向の荷重により弾性変形し、内側リング３が縮径するとともに外側リング４が拡径している。この弾性変形に伴い、内側リング３の円錐面３１と外側リング４の対向円錐面４１との間には摩擦力が作用するが、その摩擦力は、内側リング３と外側リング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、内側リング３と外側リング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。
　一方、内輪２とハウジング１とを相対的に回転させる中心軸ｏの軸周りに所定値よりも大きい回転トルクが付加されると、内輪２と相対回転不能に係合された内側リング３の円錐面３１とハウジング１と相対回転不能に係合された外側リング４の対向円錐面４１との間の摩擦力に打ち勝ち、内輪２がハウジング１に対して回転する。本発明のトルクリミッタでは、内側リング３と外側リング４と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の生じることはないので、相対的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。

　次いで図７に基づき、本発明のトルクリミッタの変形例について説明する。
　図７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、ハウジングを、軸方向の片側に端板１１ａ´が形成されるとともに軸方向の他側に開口１１ｄ´が設けられ、内部に収容空間が形成された筒状部１１´と、この筒状部１１´の開口１１ｄ´をシールドする蓋部１２´とを有するようにしたものであり、蓋部１２´には、外側リング４´を軸方向に押圧する押圧片１６´が形成されている。押圧片１６´は蓋部１２´の中央領域において軸方向に突出する円筒形状であり、その突出端面は平坦である。蓋部１２´における押圧片１６´の外周には周方向に間隔をおいて複数の小孔１１ｆ´が形成されていると共に筒状部１１´における開口１１ｄ´の外周には小孔１１ｆ´に対応する複数のねじ穴１１ｇ´が形成され、調整ねじ１１ｈ´が小孔１１ｆ´を通してねじ穴１１ｇ´に挿入される。これにより、調整ねじ１１ｈ´の締め代を調整して、蓋部１２´を軸方向に進退させることで内側リング３´の円錐面３１´と一対の外側リング４´の対向円錐面４１´との間の摩擦力が調整される。

　更に次いで図８に基づき、本発明のトルクリミッタの更なる変形例について説明する。
　図８に示す第２の変形例のトルクリミッタは、図７に示す第１の変形例のトルクリミッタにおいて、内側リング及び外側リングを更にもう１つずつ追加したものである。追加した内側リングを番号３ａ、外側リングを番号４ａとして夫々示す。内側リング３ａが追加されたことで、内輪２の軸部２１の外周面には、内側リング３ａと係合してこれを内輪２に対して相対回転不能に係合せしめるもう一つの係合突部２２ａが設けられている。係合突部２２ａは係合突部２２と軸方向に所定の間隔をおいて設けられている。外側リング４ａは、一対の傾斜面４２ａが内側リング３及び３ａの円錐面３１及び３１ａと対向して当接すると共に、一対の外側リング４の間において軸方向に所定の間隔をおいて設置される。外側リング４ａは、ハウジングの外周面に形成された径方向に延びる２個の直線状の長孔１７ａに挿通されたロックピン１８ａの先端部と切欠き４３ａとを係合させることで、ハウジングと相対回転不能に係合される。このように、内側リング及び外側リングの数を増大させることにより、内側リングの円錐面と外側リングの対向円錐面との間での摩擦力を増大せしめることが可能となる。

　以上詳述したように、本発明のトルクリミッタは、輪ばねの原理を応用し、密着する円錐面と対向円錐面との間に摩擦力を作用させてトルクリミッタを構成するものであり、従来のトルクリミッタと同様に、モーターに過負荷が掛かったときに負荷を切り離してモーターを保護する安全用部品や複写機等の給紙装置の重層送り防止機構などに利用可能であるのは明らかである。
　なお、上記の実施形態においては、ハウジングに形成された係止手段は係止突起であって、外側リングに形成された被係止手段は切欠きであったが、切欠きと係止突起とを逆にすることは勿論のこと、その他適宜の手段でハウジングに外側リングを固定することができる。

　１：ハウジング
　１１：第１ハウジング部
　１２：第２ハウジング部
　２：内輪
　３：内側リング
　３１：円錐面
　４：外側リング
　４１：対向円錐面
　５：押圧ねじ

Claims

　軸状の内輪と、前記内輪を囲む内側リングと、前記内側リングの両側にそれぞれ配置された一対の外側リングとが、共通の中心軸を有するようハウジング内に設置され、
　前記内輪と前記内側リングとが相対回転不能に係合されるとともに、前記一対の外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、
　前記内側リングの外周面には、軸方向中央の断面の径が最大で両端部に向けて断面の径が減少する一対の円錐面が形成され、前記一対の外側リングの内周面には、前記内側リングの円錐面と当接して軸方向に押圧する対向円錐面がそれぞれ形成されており、
　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、前記内側リングの円錐面と前記一対の外側リングの対向円錐面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。
　前記ハウジングは、第１ハウジング部と第２ハウジング部とに分割されており、
　前記第１ハウジング部は、軸方向両側にそれぞれ設置され一部が切り欠かれた円板形状をなす端板と、前記端板を軸方向に相互に接続し、内部に収容空間が形成されるとともに片側が開口された側面部とを有し、
　前記第２ハウジング部は、前記第１ハウジング部の端板の切り欠かれた部分に嵌り合う嵌め込み部と、側面部の開口をシールドする蓋部とを有する請求項１に記載のトルクリミッタ。
　前記第１ハウジング部は金属材料により形成され、前記第２ハウジング部は合成樹脂材料により形成されており、
　前記第２ハウジング部が、係合用の突起部及び穴部により、前記第１ハウジング部に弾性を利用して係合される請求項２に記載のトルクリミッタ。
　前記第１ハウジング部の端板には、前記外側リングに軸方向の荷重を加える押圧ねじが設置され、前記押圧ねじを軸方向に進退させて、前記内側リングの円錐面と前記一対の外側リングの対向円錐面との間の摩擦力が調整される請求項３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に記載のトルクリミッタ。
　前記蓋部には、前記外側リングを軸方向に押圧する押圧片が形成され、前記蓋部を軸方向に進退させて、前記内側リングの円錐面と前記一対の外側リングの対向円錐面との間の摩擦力が調整される請求項５に記載のトルクリミッタ。
　前記外側リングの対向円錐面が前記内側リングの円錐面と当接して軸方向に押圧することで、前記内側リングは縮径すると共に前記外側リングは拡径する請求項１乃至６のいずれかに記載のトルクリミッタ。