WO2018051978A1

WO2018051978A1 - トルクリミッタ

Info

Publication number: WO2018051978A1
Application number: PCT/JP2017/032862
Authority: WO
Inventors: 洋裕小林
Original assignee: オリジン電気株式会社
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-03-22
Also published as: CN109690105A

Abstract

大トルクの伝達が可能であり抵抗トルクの値が安定したトルクリミッタを、量産に適した構造により安価な製造コストで提供する。　本発明のトルクリミッタでは、円錐面部（３２）を有する外側リング（３）を内輪（２）に相対回転不能に連結すると共に、外側リング（３）の両側に、円錐面部（３２）に圧接される対向円錐面部（４２）を形成した内側リング（４）を配置して、両方の円錐面部（３２、４２）の間の摩擦力により所定の回転トルクを伝達するようにする。外側リング（２）と内側リング（３）とは、板状の金属をプレス加工等により成形しているので、トルクリミッタを安価に製造できる。

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１４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１４（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１４（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１５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。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。

　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。

　上記の課題に鑑み、本発明は、円錐面部を有する外側リングを内輪に連結させ、外側リングに隣接し、その円錐面部と当接する対向円錐面部を形成した内側リングを配置して、当接する円錐面部と対向円錐面部との間に摩擦力を作用させたトルクリミッタを構成し、かつ、外側リングと内側リングとを板状の金属のプレス加工等により成形するようにしたものである。即ち、本発明は、
「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。

　本発明のトルクリミッタにおいては、「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」するようにするのが好ましい。この場合には、一対の前記外側リングの間に、環状の波形ばねを配置するのがよい。
　そして、前記外側リング及び内側リングの少なくとも一方は、インボリュートスプラインにより相手方に相対回転不能に係合することができる。この場合において、前記内輪の外周にインボリュートスプラインの外歯を形成し、前記外側リングにはインボリュートスプラインの内歯を形成して結合したときは、前記内輪の中心部分に断面円形の中央孔を形成してピンを圧入し、前記内輪を弾性的に拡径するようにしてもよい。

　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。

　本発明のトルクリミッタは、軸状の内輪、内輪を囲む外側リング及び内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。外側リングと内側リングは、共に板状の金属からなり、外側リングには円錐面部が形成されるとともに、内側リングには、そ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が形成されており（図１参照）、円錐面部と対向円錐面部との間で、トルクリミッタとして必要な摩擦力を発生させる。
　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。

　また、本発明のトルクリミッタは、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、外側リングと内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。

　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、外側リングと内側リングを夫々一対ずつ備えるようにすることで、円錐面部と対向円錐面部との当接面積が増大し、摩擦力を増大させることが可能となる。この際には、一対の外側リングの間に環状の波形ばねを配置すると、一対の外側リングや内側リングの製造ばらつきによって生じる、円錐面部と対向円錐面部との間の摩擦力の不均一性を解消することができる。

　ここで、上記の外側リング又は内側リングは、インボリュートスプラインにより相手方（内輪又はハウジング）に相対回転不能に係合することが可能である。こうすると、断面がインボリュート形状の多数の外歯と内歯とが嵌め合わされて、内輪とハウジングとの間の伝達トルクが多数の歯に分散されることとなり、各々の歯に作用する力は小さくなる。さらに、内歯と外歯の接触部はインボリュートの曲面となるから、角形の溝と突起との嵌め合わせにおいて生じる、隅部のような急激な断面変化を生じる部分はなく、応力集中に起因するクラックの発生を防止することが可能である。
　このインボリュートスプラインによる結合を、内輪と外側リングとの係合に適用するときは、内輪の中心部分に断面円形の中央孔を形成してここにピンを圧入するようにしてもよい。こうすると、内輪が弾性的に変形してわずかに拡径し、内輪の外周のインボリュートスプラインの外歯と外側リングの内歯との間に、クリアランスが生じるのを回避することができる。

　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。

本発明のトルクリミッタの第１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。本発明のトルクリミッタの第２実施例の全体的な構造を示す図である。図８に示すトルクリミッタのハウジングを示す図である。図８に示すトルクリミッタの蓋部を示す図である。図８に示すトルクリミッタの内輪を示す図である。図８に示すトルクリミッタの外側リングを示す図である。図８に示すトルクリミッタの内側リングを示す図である。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第１実施例の全体的な構造を示す図を示し、図２乃至図５には、主要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、外側リング３、内側リング４、及び波形ばね５が備えられている。図示の実施例においては、外側リング３及び内側リング４は夫々一対ずつ備えられている。

　図１及び図２を参照して説明すると、ハウジング１は、金属製の筒状部１１と、合成樹脂製の蓋部１２とを有する。筒状部１１は円筒形状であり、軸方向片側（図２中央の断面図において左側）には端板１１ａが形成されるとともに軸方向の他側には開口１１ｂが設けられ、内部には収容空間１１ｃが形成されている。端板１１ａの中央には貫通孔１１ｄが形成されている。端板１１ａの内面中央には、貫通孔１１ｄと同心であってこれを囲む円形凹部１１ｅが形成されている。端板１１ａの外面には、機械部品のような従動部材が接続される一対の略矩形形状の突起１１ｆが形成されている。筒状部１１の内周面には一対の内側リング４と係合する第二の係合手段が形成されている。第二の係合手段は、筒状部１１の内周面において、その片端から他端部まで軸方向に直線状に延びる一対の突条１１ｇから構成される。一対の突条１１ｇの各々は直径方向に対向して位置し、その断面形状は共に径方向内側に突出した略矩形形状である。筒状部１１の内周面には更に係合突起１１ｈが設けられている。係合突起１１ｈは何れも、筒状部１１の軸方向他端部の内周面において周方向に等角度間隔を置いて４個設けられており、周方向に隣接する係合突起１１ｈの周方向中間位置と突条１１ｇの周方向中心位置とは整合している。更に、軸方向に見て突条１１ｇと係合突起１１ｈとの間には蓋部１２の厚みに対応した隙間がある。図１を参照することによって明確に理解されるとおり、蓋部１２は円板状の板部材であり、中央には貫通孔１２ａが、他側面の外周縁部には環状薄肉部１２ｂが夫々形成されている。

　図１及び図３を参照して説明すると、内輪２は略円筒状の軸状部材であって金属製である。内輪２は、外径が比較的大きい大径部２１と外径が比較的小さい小径部２２とを有する。大径部２１の他端部（図３中央の断面図において右側端部）には円筒外周面部２３が形成されている。大径部２１の外周面には一対の外側リング３と係合する第一の係合手段が形成されている。第一の係合手段は、大径部２１の外周面の片端部から円筒外周面部２３まで軸方向に直線状に延びる突部２４から構成される。突部２４は周方向に等角度間隔を置いて４個配置されており、その断面形状は何れも径方向外側に突出した略矩形形状である。周方向に隣接する突部２４の間には夫々、大径部２１の片端から円筒外周面部２３まで軸方向に平行に延びる一対の直線状溝部２５が形成されている。小径部２２の他端部には、モーターのような駆動部材が接続される一対のＵ字状の切欠き２６が形成されている。

　図１及び図４を参照して説明すると、外側リング３は、内輪２の貫通する孔が形成された外側平面部３１と、この外側平面部３１の外周に接続された円錐面部３２とを有する板状の金属からなる。円錐面部３２は、外側平面部３１の外周縁において中心軸ｏから離隔する方向に傾斜して延びている。外側リング３には内輪２と係合する第一の被係合手段が設けられている。第一の被係合手段は外側平面部３１の内周縁部において半径方向外側に向かって形成されたコの字形状の切欠き３３である。切欠き３３は周方向に等角度間隔をおいて４個設けられている。

　図１及び図５を参照して説明すると、内側リング４は、内輪２の貫通する孔が形成された内側平面部４１と、この内側平面部４１の内周に接続された対向円錐面部４２とを有する板状の金属からなる。対向円錐面部４２は、内側平面部４１の内周縁において中心軸ｏに接近する方向に傾斜して延びている。内側リング４にはハウジング１と係合する第二の被係合手段が設けられている。第二の被係合手段は内側平面部４１の外周縁部において半径方向内側に向かって形成されたコの字形状の切欠き４３である。切欠き４３は直径方向に対向して一対設けられている。内側平面部４１の外周縁部には更に、半径方向内側に向かって形成されたコの字形状の切欠き４４も４個形成されている。切欠き４４は内側リング４をハウジング１の内部に挿入する際に、内側平面部４１が係合突起１１ｈと干渉することを回避するためのものである。切欠き４４の各々は周方向に等角度間隔をおいて位置し、周方向に隣接する切欠き４４の周方向中心位置は切欠き４３の周方向中心位置と整合している。

　外側リング３及び内側リング４は共に板状の金属からプレス成型により製造される。本実施例のように、外側リング３及び内側リング４を、共に板状の金属からなるものであって、平面部（３１及び４１）とそれに連なる（対向）円錐面部（３２及び４２）とから形成されるようにすることで、外側リング３及び内側リング４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。

　図１を参照して説明を続けると、内輪２、一対の外側リング３、及び一対の内側リング４は以下のようにしてハウジング１内に装着することができる。
　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。

　ハウジング１内に一対の外側リング３を組み付ける際には、一対の外側リング３の間、より詳しくは軸方向に対向する外側平面部３１の外面の間、に環状の波形ばね５を配置するのが好ましい。波形ばね５を一対の外側リング３の間に配置することで、一対の外側リング３や内側リング４の製造ばらつきによって生じる、円錐面部３２と対向円錐面部４２との間の摩擦力の不均一性を解消することができる。

　内輪２、一対の外側リング３、一対の内側リング４、及び波形ばね５を収容空間１１ｃ内に進入させて設置した後に、蓋部１２を筒状部１１に装着して開口１１ｂをシールドする。蓋部１２を筒状部１１に装着する際には、蓋部１２をハウジング１の開口１１ｂ側から端板１１ａ側に軸方向に押圧し、これにより、蓋部１２の環状薄肉部１２ｂが筒状部１１の係合突起１１ｈを弾性的に乗り越えてこれに係止される。このとき、収容空間１１ｃの軸方向長さは、一対の外側リング３を一対の内側リング４で軸方向に挟み込んだ際の軸方向自然長（即ち円錐面部３２の内面と対向円錐面部４２の外面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、蓋部１２を筒状部１１に装着させるために行われた軸方向の押圧により、一対の外側リング３の外側平面部３１の外面は相互に対向した状態で（波形ばね５を介して）常時密着すると共に、一方の外側リング３の円錐面部３２の内面は一方の内側リング４の対向円錐面部４２の外面と、他方の外側リング３の円錐面部３２の内面は他方の内側リング４の対向円錐面部４２の外面と、夫々一定面積において所定の密着力で密着する。つまり、一対の内側リング４は、各々の対向円錐面部４２が各々の外側リング３の円錐面部３２の内側に当接してこれを軸方向に押圧する（即ち円錐面部３２と対向円錐面部４２との間には荷重がかかる）。このとき、本発明のトルクリミッタにおいては、外側リング３と内側リング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が縮径する。これにより、円錐面部３２と対向円錐面部４２とにかかる応力が分散されるため、トルクリミッタの使用寿命を延ばすことができる。
　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。

　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。

　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外側リング３の円錐面部３２の内面とハウジング１と相対回転不能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、外側リング３と内側リング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。

　次いで図６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。

　更に次いで図７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。
　本変形例においても、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。

　続いて、本発明のトルクリミッタの第２実施例について、図８乃至図１３に基づき説明する。第２実施例のトルクリミッタは、本発明のトルクリミッタにおいて、外側リングと内輪とをインボリュートスプラインによって相対回転不能に係合した点を特徴とするもので、図８には、第２実施例のトルクリミッタの全体構造を示し、図９乃至図１３には、主要構成部品の単品図を示す。これらの図において、第１実施例の図１乃至図７における部品と対応するものについては、同一の符号に添字ｘを付して表示している。

　図８に示すように、第２実施例のトルクリミッタは、外周に外歯１Ｇが形成された歯車形状をなすハウジング１ｘを具備しており、このハウジング１ｘに形成された収容空間１１ｃｘ内には、共通の中心軸ｏを有する内輪２ｘ、外側リング３ｘ及び内側リング４ｘが設置されている。外側リング３ｘ及び内側リング４ｘは、共に板状の金属をプレス成型して製造されるものであり、図７の第２の変形例のトルクリミッタと同様に、夫々１つずつ軸方向に並列して設置される。ハウジング１ｘの収容空間の開口１１ｂｘは、内輪２ｘが通過する貫通孔１２ａｘを形成した蓋部１２ｘ（図１０）で閉鎖されるが、この蓋部１２ｘは薄い板状の金属からなり、締め付けボルト５により内側リング４ｘと共にハウジング１ｘに固着されている。

　第２実施例の内輪２ｘは、図１１に示すとおり、筒状の軸状部材であり、その外周には歯形形状がインボリュートの外歯２Ｇ（歯数は２６）が全長に亘って形成されている。つまり、内輪２ｘは軸方向に長い外歯歯車であって、その一部がインボリュートスプラインの外歯側をなしている。外歯２Ｇの外周には、リング状のカラーＣＲ（図８）が圧入によって取り付けてあり、このカラーＣＲを蓋部１２ｘに当接させることにより、内輪２ｘがハウジング１ｘに対して位置決めされる。
　外側リング３ｘは、図１２に示すとおり、内輪２ｘの貫通する孔が形成された外側平面部３１ｘと、外側平面部３１ｘの外周に接続された円錐部３２ｘとを有する板状の金属からなる。外側平面部３１ｘに形成された孔の内周には、内輪２ｘの外歯２Ｇと同一歯数の内歯３Ｇが設けられており、外歯２Ｇと内歯３Ｇとは、互いに嵌り合ってインボリュートスプラインを構成している。このように、第２実施例の内輪２ｘと外側リング３ｘとは、インボリュートスプラインによって相対回転不能に係合されている。
　ここで、図１１に示すとおり、外周にインボリュートスプラインの外歯が形成された内輪２ｘには、その中心部分に断面円形の中央孔を形成してある。この中央孔には、必要に応じて２点鎖線で示す断面円形のピンＰＮを圧入することができる。このようにした場合には、ピンの圧入に伴って内輪２ｘが弾性的に変形してわずかに拡径し、外周のインボリュートスプラインの外歯２Ｇと外側リング３ｘの内歯３Ｇとの間に存在するわずかなクリアランスを解消することが可能であり、内輪２ｘと外側リング３ｘとの間で回転ガタが生じるのを防止できる。

　ハウジング１ｘに取り付けられる内側リング４ｘは、図１３に示すとおり、外側リング３ｘの円錐面部３２ｘ（図１２）に圧接される対向円錐面部４２ｘと、その外周に接続される内側平面部４１ｘとを有し、内側平面部４１ｘには、円弧状の切欠き４４ｘと締め付けボルト５が貫通するボルト穴４Ｈとが形成されている。ちなみに、これらの円弧状の切欠きとボルト穴とは、内側リング４ｘと共締めにされる蓋部１２ｘにも、同様な形状のものが設けられている（図１０）。
　内側リング４ｘの円弧状の切欠き４４ｘは、ハウジング１ｘに設けられた係合突起１１ｈｘ（図９）に係合し、ハウジング１ｘと内側リング４ｘとは相対回転不能に係合される。所望であれば、内側リング４ｘを、インボリュートスプラインを用いてハウジング１ｘに相対回転不能に結合してもよい。

　図８の第２実施例のトルクリミッタでは、ハウジング１ｘの収容空間１１ｃｘ内に外側リング３ｘ及び内側リング４ｘを並置し、締め付けボルト５を用いて、内側リング４ｘ及び蓋部１２ｘをハウジング１ｘの本体に固定する。これにより、内側リング４ｘの対向円錐面部４２ｘが外側リング３ｘの円錐面部３２ｘの内側に当接し、両方の円錐面に軸方向の荷重が加わって外側リング３ｘが拡径するとともに内側リング４ｘが縮径する。
　この弾性変形に伴い、図１の第１実施例のトルクリミッタと同様に、両方のリングの円錐面の間には大きな摩擦力が作用し、その摩擦力により内輪２ｘからハウジング１ｘに（又は逆方向に）回転トルクが伝達されるが、第２実施例のトルクリミッタでは、内輪２ｘと外側リング３ｘとはインボリュートスプラインにより相対回転不能に係合されている。インボリュートスプラインによる結合では、多数の歯を有するインボリュート歯形形状同士の当接により内輪２ｘと外側リング３ｘとの間に回転トルクが伝達されるため、大きな回転トルクが作用しても、各々の歯に作用する力は小さくなる。また、曲面であるインボリュート歯形同士の接触部分には、隅部のような急激な断面変化を生じる部分はなく、応力集中を回避してクラックの発生を防止することができる。

　さらに、インボリュートスプラインを構成する外歯と内歯は、インボリュート歯車の歯形そのものである（例えば、内輪２ｘは中空となった歯車の形態をなす）。インボリュート歯車は、回転伝達部品としてごく一般的に使用される歯車であり、こうした歯車を精度よく加工する加工機は、いわば汎用の加工装置として工場等に常備されるものでもある。第２実施例の外側リング３ｘなどのインボリュートスプライン部分は、こうした加工機を用いて容易に高精度で形成することができる。そのため、断面が角形の突起と溝により係合する係合手段を比較すると、製造コストが低廉なものとなるとともに、係合部分の回転ガタを解消することができ、回転伝達装置として使い勝手の優れたものとなる。
　なお、インボリュートスプラインの歯形形状には多様なものがあり、歯形の断面形状が台形に近似したものに限らず、断面形状が三角形に近似したいわゆるインボリュートセレーションにより相対回転不能に結合するようにしてもよい

　第２実施例のトルクリミッタでは、ハウジング１ｘは、外周に外歯１Ｇが形成されていて歯車の形態をなすとともに、内輪２ｘは、外周に外歯２Ｇが形成されていて中空の歯車の形態をなしている。つまり、このトルクリミッタは２段歯車を構成しており、例えば、内輪２ｘの外歯２Ｇに駆動モーター側の歯車を噛み合わせ、ハウジング１ｘの外歯１Ｇに被駆動側の機械装置の歯車に噛み合わせるようにして、第２実施例のトルクリミッタを歯車伝達装置の一要素として組み込んで使用することができる。

　以上詳述したように、本発明は、円錐面部を有する外側リングを相対回転不能に内輪に連結すると共に、その円錐面部と当接する対向円錐面部を形成した内側リングをハウジングに連結して、円錐面部と対向円錐面部との間に摩擦力を作用させたトルクリミッタを構成し、かつ、外側リングと内側リングとを板状の金属のプレス加工等により成形するようにしたものである。したがって、本発明のトルクリミッタが、例えば、ロボットアームと駆動モーターとの間など、伝達トルクの大きい動力伝達系における過負荷時の安全機構、あるいは給紙装置の重ね送り防止機構等に利用可能なことは明らかである。
　上記実施例においては、外側リング及び内側リングの設置数は１個又は２個ずつであったが、これに限定されることはなく、その数を使用用途に応じて増大させて、円錐面部と対向円錐面部との間の摩擦力を増加することも可能である。このように、上記実施例は一例を示したものであって、請求項の範囲内において種々の変更を加えることができるのは言うまでもない。

　１：ハウジング
　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

Claims

　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。
　前記外側リング及び内側リングの少なくとも一方は、インボリュートスプラインにより相手方に相対回転不能に係合されている請求項１に記載のトルクリミッタ。
　前記内輪には、その外周にインボリュートスプラインの外歯が形成されると共に、その中心部分に断面円形の中央孔が形成され、前記外側リングにはインボリュートスプラインの内歯が形成されており、さらに、前記中央孔には断面円形のピンが圧入されて前記内輪が弾性的に拡径される請求項４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５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６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に記載のトルクリミッタの製造方法。