WO2023074544A1 - 摩擦式トルクリミッタを構成する外輪部材及び内輪部材並びに摩擦式トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

部品点数が少なく組立容易であるにも拘わらず、製造精度のばらつきによって生じるスリップトルク値の個体ばらつきを充分に抑制することのできる、新規の摩擦式トルクリミッタ又はこれを構成する外輪部材若しくは内輪部材を提供する。外輪部材（４）が筒状の基部（８）とこの基部（８）の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部（１０）とを有し、ばね部（１０）が外輪部材（８）の内周面から径方向内側に離間した位置で内周面に沿って延在する接続部（１０ｂ）を備える又は内輪部材（６ｚ）が軸状の基部（８ｚ）とこの基部（８ｚ）の外周面から延出して径方向に変位可能なばね部（１０ｚ）とを有し、ばね部（１０ｚ）が内輪部材（６ｚ）の外周面から径方向外側に離間した位置で外周面に沿って延在する接続部（１０ａｚ）を備える。

Description

摩擦式トルクリミッタを構成する外輪部材及び内輪部材並びに摩擦式トルクリミッタ

　本発明は、摩擦式トルクリミッタを構成する外輪部材及び内輪部材並びに摩擦式トルクリミッタに関する。

　摩擦式トルクリミッタの一例としては例えば下記特許文献１に開示されたトルクリミッタがある。このトルクリミッタは内輪部材と、内輪部材の外周面に接触して装着されるコイルばねと、コイルばねの装着された内輪部材が挿入される筒状の外輪部材とを備えている。内輪部材と外輪部材とは共通の中心軸を有し、コイルばねは外輪部材に相対回転不能に係合されている。そして、内輪部材と外輪部材とを相対的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、回転トルクが所定値より大きい場合に、コイルばねと内輪部材との間の摩擦力に打ち勝って外輪部材と内輪部材とが相対的に回転する。上記所定値つまり外輪部材と内輪部材とが相対的に回転を開始する際の回転トルクは「スリップトルク値」と称される。

　一方、下記特許文献２には、上記コイルばねを用いることなく、円筒形状の外輪部材の内側に軸状の内輪部材を圧入し、相互に密接する外輪部材の内周面と内輪部材の外周面との摩擦力によって上記スリップトルク値が設定されるトルクリミッタが開示されている。

特許第４６６８７０６号公報 特開平６－３１６３４６号公報

　上記特許文献１に開示されたトルクリミッタには以下のとおりの問題点がある。即ち、このトルクリミッタは内輪部材、外輪部材、及びコイルばねの３つの部材から構成されるため、部品点数が多く組立工程が煩雑である。また、内輪部材と外輪部材とはコイルばねによって接続されていることから、内輪部材と外輪部材とが相対回転する際にはバックラッシが発生する。上記特許文献２に開示されたトルクリミッタは、上記特許文献１に開示されたトルクリミッタが有する上記問題点をすべて解決するが以下のとおりの問題がある。外輪部材の内側に内輪部材が圧入された際には、内輪部材及び外輪部材は微視的に僅かに弾性変形する。かような弾性変形によって生じる力Ｆはばね定数ｋに変位量ｘを乗じることによって算出され（Ｆ＝ｋ＊ｘ）、力Ｆに基いて内輪部材の外周面と外輪部材の内周面との間の摩擦力は決定される。内輪部材及び外輪部材は共に完全な剛体ではないものの相当高い剛性を備えた物体であり、上記変形はかような物体の弾性変形であることから、上記ばね定数ｋの値は極めて大きい。一方、上記変位量ｘとはつまり内輪部材の外径と外輪部材の内径との差である「しめしろ」のことである。しめしろは設計値であり、上記特許文献２に開示されたトルクリミッタにおいては、しめしろを調整することでスリップトルク値の大きさが調整される。ここで、しめしろは製造精度のばらつきによって個体ごとでばらつきを生じることから、上記特許文献２に開示されたトルクリミッタにあっては、しめしろに極めて値の大きいばね定数ｋが乗算されることで、上記力Ｆつまりスリップトルク値の個体ばらつきが大きくなり、品質管理が難しい。

　本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、部品点数が少なく組立容易であるにも拘わらず、製造精度のばらつきによって生じるスリップトルク値の個体ばらつきを充分に抑制することのできる、新規且つ改良された摩擦式トルクリミッタ又はこれを構成する外輪部材若しくは内輪部材を提供することである。

　本発明者等は、鋭意検討の結果、外輪部材が筒状の基部とこの基部の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有し、ばね部が外輪部材の内周面から径方向内側に離間した位置で内周面に沿って延在する接続部を備える、又は内輪部材が軸状の基部とこの基部の外周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有し、ばね部が内輪部材の外周面から径方向外側に離間した位置で外周面に沿って延在する接続部を備えることで、上記主たる技術的課題を解決できることを見出した。

　即ち、本発明の第一の局面によれば、上記主たる技術的課題を解決する外輪部材として、内輪部材が内側に圧入されて摩擦式トルクリミッタを構成する外輪部材において、筒状の基部と、前記基部の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有し、前記ばね部は前記内周面に接続される基端部と、前記内周面から径方向内側に離間した位置で延在し且つ前記基端部に接続される接続部と、前記接続部から延出して内輪部材の外周面に当接する作用端部とを備える、ことを特徴とする外輪部材が提供される。

　本発明の第一の局面にあっては、前記ばね部は径方向に延出する径方向延出片及び周方向に延出する周方向延出片を組み合わせて構成されるのが好適である。この場合には、前記ばね部は、径方向に延出する径方向延出片及び／又は周方向に延出する周方向延出片を組み合わせてなるのが好ましく、更に、前記径方向延出片及び前記周方向延出片が組み合わされることで、前記ばね部には径方向及び／又は周方向に延在する閉空間部が画成されるのが良い。好適には、前記ばね部は周方向に間隔をおいて複数設けられている。

　本発明の第二の局面によれば、上記主たる技術的課題を解決する内輪部材として、外輪部材の内側に圧入されて摩擦式トルクリミッタを構成する内輪部材において、軸状の基部と、前記基部の外周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有し、前記ばね部は前記外周面に接続される基端部と、前記外周面から径方向外側に離間した位置で延在し且つ前記基端部に接続される接続部と、前記接続部から延出して外輪部材の内周面に当接する作用端部とを備える、ことを特徴とする内輪部材が提供される。

　本発明の第二の局面にあっては、前記ばね部は、径方向に延出する径方向延出片及び周方向に延出する周方向延出片を組み合わせて構成されるのが好適である。この場合には、前記ばね部は、径方向に延出する径方向延出片及び／又は周方向に延出する周方向延出片を組み合わせてなるのが好ましく、更に、前記径方向延出片及び前記周方向延出片が組み合わされることで、前記ばね部には径方向及び／又は周方向に延在する閉空間部が画成されるのが良い。好適には、前記ばね部は周方向に間隔をおいて複数設けられている。

　本発明では、外輪部材が筒状の基部とこの基部の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有するように構成され、ばね部は外輪部材の内周面から径方向内側に離間した位置で延在する接続部を備えている、又は内輪部材が軸状の基部とこの基部の外周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有するように構成され、ばね部は内輪部材の外周面から径方向外側に離間した位置で延在する接続部を備えていることに起因して、外輪部材の内側に内輪部材が圧入されると、接続部が外輪部材の内周面又は内輪部材の外周面に接続された基端部を基端として弾性的に撓められることから、ばね部のばね定数ｋを小さく設定することができる。ばね定数ｋが小さいことで、製造精度のばらつきによってしめしろがばらついてもスリップトルク値の個体ばらつきが過剰に大きくなることはない。それ故に、本発明によれば、部品点数が少なく組立容易であるにも拘わらず、製造精度のばらつきによって生じるスリップトルク値の個体ばらつきを充分に抑制することが可能な摩擦式トルクリミッタを提供することができる。

本発明の第一の局面に従って構成された外輪部材を備えたトルクリミッタの全体構成を示す図。 図１に示すトルクリミッタの分解斜視図。 本発明の第一の局面に従って構成される外輪部材の変形例を示す正面図。リミッタを示す図。 本発明の第二の局面に従って構成された内輪部材を備えたトルクリミッタの分解斜視図。

　以下、添付図面を参照して更に詳細に説明する。

　図１及び図２を参照して説明すると、全体を番号２で示すトルクリミッタは、本発明の第一の局面に従って構成された外輪部材４と、内輪部材６とから構成される。図示の実施形態においては、外輪部材４はその全体が適宜の合成樹脂によって一体的に成形される。本発明の第一の局面に従って構成される外輪部材４にあっては、筒状の基部８と、この基部８の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部１０とを有する。図示の実施形態においては、基部８は円筒形状であり、基部８の外周面の所要角度位置には径方向外側に突出する回り止め突起１２が設けられている。回り止め突起１２は軸方向に見て略矩形形状であって基部８の外周面の軸方向全体に渡って直線状に延びている。かかる回り止め突起１２を介して外輪部材４は、トルクリミッタ２が接続する図示しない２つの部材のいずれか一方に接続される。

　図示の実施形態においては、ばね部１０は周方向に等角度間隔をおいて４つ設けられており、４つのばね部１０は全て同一形状である。ばね部１０は外輪部材４の内周面に接続される基端部１０ａと、内周面から径方向内側に離間した位置で延在し且つ基端部１０ａに接続される接続部１０ｂと、接続部１０ｂから延出して内輪部材６の外周面に当接する作用端部１０ｃとを備える。図示の実施形態にあっては、ばね部１０は、径方向に延出する径方向延出片及び周方向に延出する周方向延出片を組み合わせて構成され、ばね部１０には径方向及び周方向に延在する閉空間部が画成されている。図示の実施形態のばね部１０について更に詳述すると、ばね部１０の基端部１０ａは周方向に間隔をおいて配置された第一の片側径方向延出片１４ｘ及び第一の他側径方向延出片１４ｙにより構成される。ばね部１０の接続部１０ｂは、第一の片側径方向延出片１４ｘの延出端から周方向他側つまり第一の他側径方向延出片１４ｙに向かって外輪部材４の内周面に沿って周方向に円弧状に延びる片側周方向延出片１６ｘ及び第一の他側径方向延出片１４ｙの延出端から周方向片側つまり第一の片側径方向延出片１４ｘに向かって外輪部材４の内周面に沿って周方向に円弧状に延びる他側周方向延出片１６ｙから構成される。そして、ばね部１０の作用端部１０ｃは、片側周方向延出片１６ｘの延出端から径方向内側に直線状に延出する第二の片側径方向延出片１８ｘ及び他側周方向延出片１６ｙの延出端から径方向内側に直線状に延出する第二の他側径方向延出片１８ｙと、第二の片側径方向延出片１８ｘの延出端及び第二の他側径方向延出片１８ｙの延出端が外周面に接続されて外輪部材４の内周面に沿って周方向に円弧状に延在する共通周方向延出片２０とから構成される。これにより、ばね部１０の内側には周方向に円弧状に延出すると共にその周方向中央において径方向に直線状に延出する閉空間部２１が画成されている。共通周方向延出片２０の内周面は円弧形状であって、４つのばね部１０の夫々が備える共通周方向延出片２０の内周面は図２において二点鎖線で示す共通の円ｃ１の周上に位置し、円ｃ１の径をｄ１とする。

　内輪部材６は合成樹脂製の中空軸状であって、円筒形状の内輪主部２２と内輪主部２２の軸方向片側端に接続された内輪接続部２４とを有する。内輪主部２２の外径は上述した円ｃ１の径ｄ１よりも大きいｄ２である（ｄ１＜ｄ２）。内輪接続部２４は、内輪主部２２の軸方向片側端から軸方向片側に向かって漸次拡径する円錐台形状部分２６と、円錐台形状部分２６の軸方向片側端に接続された円筒形状部分２８と、円筒形状部分２８の軸方向片側端から径方向外側に向かって湾曲せしめられた円環形状のフランジ部分３０とを有する。内輪接続部２４には、フランジ部分３０から円筒形状部分２８に跨って且つ内周面から外周面に貫通する切り欠き３２が形成されている（必ずしも図面には示されていないが、切り欠き３２は直径方向の両側に１つずつ形成されている）。かかる切り欠き３２を介して内輪部材６は、トルクリミッタ２が接続する図示しない２つの部材のいずれか他方に接続される。

　外輪部材４の内側に内輪部材６の内輪主部２２が挿入されることによって、両部材は組み合わされる。ここで、外輪部材４が有する全ての共通周方向延出片２０の内周面は共通の円ｃ１上に位置してその径はｄ１であることから、外輪部材４は内径ｄ１の断面円形の内周面を有すると言える。そうすると、内輪部材６の内輪主部２２の外径ｄ２は外輪部材４の内径ｄ１よりも大きいことから、外輪部材４の内側に内輪部材６の内輪主部２２は圧入されることとなる。

　ここで、本発明の第一の局面に従って構成された外輪部材４にあっては、基部８の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部１０が設けられており、かかるばね部１０は外輪部材４の内周面から径方向内側に離間した位置で延在する接続部１０ｂを備えていることに起因して、外輪部材４の内側に内輪部材６が圧入されると、接続部１０ｂが外輪部材４の内周面に接続された基端部１０ａを基端として撓むことで、作用端部１０ｃが径方向に弾性的に変位してその内周面、図示の実施形態においては共通周方向延出片２０の内周面が内輪部材６の内輪主部２２の外周面に密接する。

　上述したとおりにして組み合わされたトルクリミッタ２にあっては、外輪部材４の内周面つまり共通周方向延出片２０の内周面と内輪部材６の内輪主部２２の外周面とが密接していることから、外輪部材４と内輪部材６とを相対的に回転させる中心軸ｏ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共通周方向延出片２０の内周面と内輪部材６の内輪主部２２の外周面との密接による摩擦に起因した保持トルクよりも大きい場合に、かかる保持トルクに打ち勝って外輪部材４と内輪部材６とが相対的に回転する。

　上記保持トルクの大きさ、つまりスリップトルク値は、外輪部材４が有するばね部１０のばね力を調整することによって調整される。図示の実施形態においては、ばね部１０を構成する径方向延出片（つまり第一の片側径方向延出片１４ｘ及び第一の他側径方向延出片１４ｙ並びに第二の片側径方向延出片１８ｘ及び第二の他側径方向延出片１８ｙ）及び周方向延出片（つまり片側周方向延出片１６ｘ及び他側周方向延出片１６ｙ並びに共通周方向延出片２０）の長さ及び幅を適宜に変更することでスリップトルク値を変化させることができる。

　また、スリップトルク値は、ばね部１０を構成する径方向延出片及び周方向延出片の組み合わせ方によっても調整される。図１及び図２に示されたばね部１０の構成とは異なる構成のばね部を有する外輪部材の変形例が図３（ａ）乃至（ｄ）に示されている。図３（ａ）乃至（ｄ）にあっては、図１及び図２に示される外輪部材４と同一の構成については同一の番号に、図３（ａ）にあっては「´」を、図３（ｂ）にあっては「´´」を、図３（ｃ）にあっては「´´´」、図３（ｄ）にあっては「´´´´」を夫々付して示す。図３（ａ）乃至（ｄ）に示すとおり、径方向延出片及び周方向延出片は適宜に組み合わされてよい。図３（ｄ）を参照して更に付言すると、図１等に示す実施形態にあっては、ばね部１０は径方向延出片（第一の片側径方向延出片１４ｘ及び第一の他側径方向延出片１４ｙ並びに第二の片側径方向延出片１８ｘ及び第二の他側径方向延出片１８ｙ）及び周方向延出片（片側周方向延出片１６ｘ及び他側周方向延出片１６ｙ並びに共通周方向延出片２０）を組み合わせて構成されており、径方向延出片は中心軸ｏに向かって直線状に、周方向延出片は中心軸ｏを中心とした円周上を円弧状に夫々延在していたが、上記「径方向」及び「周方向」なる語は必ずしも厳密に解釈される必要はなく、図３（ｄ）に示すとおり、径方向延出片にあっては中心軸ｏ近傍に向かって延出する延出片を、周方向延出片にあっては中心軸ｏの周りを延出する延出片を夫々包含するものとする。さらに、図１等に示す実施形態にあっては、径方向延出片及び周方向延出片が組み合わされることで、ばね部１０には径方向及び周方向に延在する閉空間部２１が画成されていたが、図３（ｄ）に示すとおり、上記組み合わせによっては、ばね部１０´´´´に閉空間部が画成されない場合もある。

　上述した実施形態、つまり本発明の第一の局面にあっては、ばね部は外輪部材に設けられていたが、本発明の第二の局面にあっては、ばね部は内輪部材に設けられる。図４には本発明の第二の局面に従って構成された内輪部材を備えたトルクリミッタの分解斜視図が示されている。全体を符号２ｚで示す本実施形態のトルクリミッタにあっては、外輪部材４ｚは円筒形状であって断面円形の内周面を有する。一方、内輪部材６ｚは適宜の合成樹脂により一体的に成形され、軸状の基部８ｚと、基部８ｚの外周面から延出して径方向に変位可能なばね部１０ｚとを有し、ばね部１０ｚは外周面に接続される基端部１０ａｚと、外周面から径方向外側に離間した位置で外周面に沿って延在し且つ基端部１０ａｚに接続される接続部１０ｂｚと、接続部１０ｂｚから延出して外輪部材４ｚの内周面に当接する作用端部１０ｃｚとを備えている。本実施形態においても、ばね部１０ｚは、径方向に延出する径方向延出片及び周方向に延出する周方向延出片を組み合わせて構成されている。図４に示す実施形態のトルクリミッタ２ｚと図１及び図２に示したトルクリミッタ２とを比較すると、ばね部が外輪部材に設けられているか内輪部材に設けられているかにおいてのみ相違し、その他の構成及び作動に相違はないため詳細な説明については省略する。

　従って、本発明では、外輪部材４が筒状の基部８とこの基部８の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部１０とを有するように構成され、ばね部１０は外輪部材４の内周面から径方向内側に離間した位置で延在する接続部１０ｂを備えている、又は内輪部材６ｚが軸状の基部８ｚとこの基部８ｚの外周面から延出して径方向に変位可能なばね部１０ｚとを有するように構成され、ばね部１０ｚは内輪部材６ｚの外周面から径方向外側に離間した位置で延在する接続部１０ｂｚを備えていることに起因して、外輪部材４、４ｚの内側に内輪部材６、６ｚが圧入されると、接続部１０ｂ、１０ｂｚが外輪部材４の内周面又は内輪部材６ｚの外周面に接続された基端部１０ａ、１０ａｚを基端として弾性的に撓められることから、ばね部１０、１０ｚのばね定数ｋを小さく設定することができる。ばね定数ｋが小さいことで、製造精度のばらつきによってしめしろがばらついてもスリップトルク値の個体ばらつきが過剰に大きくなることはない。それ故に、本発明によれば、部品点数が少なく組立容易であるにも拘わらず、製造精度のばらつきによって生じるスリップトルク値の個体ばらつきを充分に抑制することが可能な摩擦式トルクリミッタを提供することができる。

　以上、本発明に従って構成された外輪部材及び内輪部材並びに摩擦式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く、本発明を逸脱しない範囲内において適宜の修正や変更が可能である。例えば、図示の実施形態においてはばね部が形成された外輪部材（本発明の第一の局面）及び内輪部材（本発明の第二の局面）はいずれも合成樹脂製であったが、ばね部を構成する延出片の肉厚及び長さ等の形状を調整すれば必ずしも材質は合成樹脂に限定されず、金属製とすることもできる。

　２、２ｚ：トルクリミッタ
　４、４ｚ：外輪部材
　６、６ｚ：内輪部材
　８、８ｚ：基部
　１０、１０ｚ：ばね部
　１０ａ、１０ａｚ：（ばね部の）基端部
　１０ｂ、１０ｂｚ：（ばね部の）接続部
　１０ｃ、１０ｃｚ：（ばね部の）作用端部
 

Claims (10)

1. 　内輪部材が内側に圧入されて摩擦式トルクリミッタを構成する外輪部材において、筒状の基部と、前記基部の内周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有し、前記ばね部は前記内周面に接続される基端部と、前記内周面から径方向内側に離間した位置で延在し且つ前記基端部に接続される接続部と、前記接続部から延出して内輪部材の外周面に当接する作用端部とを備える、ことを特徴とする外輪部材。
2. 　前記ばね部は径方向に延出する径方向延出片及び周方向に延出する周方向延出片を組み合わせて構成される、請求項１に記載の外輪部材。
3. 　前記径方向延出片及び前記周方向延出片が組み合わされることで、前記ばね部には径方向及び／又は周方向に延在する閉空間部が画成される、請求項２に記載の外輪部材。
4. 　前記ばね部は周方向に間隔をおいて複数設けられている、請求項１乃至３のいずれかに記載の外輪部材。
5. 　請求項１乃至４のいずれかに記載の外輪部材と、前記外輪部材の内側に圧入されて前記ばね部の内周面と密接する外周面を有する内輪部材とからなるトルクリミッタ。
6. 　外輪部材の内側に圧入されて摩擦式トルクリミッタを構成する内輪部材において、軸状の基部と、前記基部の外周面から延出して径方向に変位可能なばね部とを有し、前記ばね部は前記外周面に接続される基端部と、前記外周面から径方向外側に離間した位置で延在し且つ前記基端部に接続される接続部と、前記接続部から延出して外輪部材の内周面に当接する作用端部とを備える、ことを特徴とする内輪部材。
7. 　前記ばね部は、径方向に延出する径方向延出片及び周方向に延出する周方向延出片を組み合わせて構成される、請求項６に記載の内輪部材。
8. 　前記径方向延出片及び前記周方向延出片が組み合わされることで、前記ばね部には径方向及び／又は周方向に延在する閉空間部が画成される、請求項７に記載の内輪部材。
9. 　前記ばね部は周方向に間隔をおいて複数設けられている、請求項６乃至８のいずれかに記載の内輪部材。
10. 　請求項６乃至９のいずれかに記載の内輪部材と、内側に前記内輪部材が圧入されて前記ばね部の外周面と密接する内周面を有する外輪部材とからなるトルクリミッタ。
     

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