JP2008075858A - トルクリミッタ及びトルクリミッタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】軸に嵌合した外輪の内径面にカム面を有するポケットを複数個所形成し、前記ポケットに収納したころを前記カム面と軸との間で形成されるクサビ角の狭小方向へ付勢する付勢ばねを設けたトルクリミッタにおいて、前記付勢ばねを全部のころに対し共通化することにより、付勢ばねの組み込み、ばね力の調整等の作業性を向上させることである。
【解決手段】ポケット５が外輪３内径面の１８０度以内の範囲に片寄って配置され、前記ポケット５の配置範囲の軸対称の位置において、１個の付勢ばね７が前記外輪３と軸１との間に圧縮状態に介在され、前記付勢ばね７の押圧力により、各ころ６をポケット５のカム面１５に押し当てた構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、事務機の給紙部等において用いられるトルクリミッタ及びトルクリミッタユニットに関し、特に低コスト化、コンパクト化を図ったものである。

図９に示したトルクリミッタが従来から知られている。このトルクリミッタは、軸４１と、その軸４１に回転自在に嵌合された外環部材４２と、その外環部材４２の内径面と前記軸４１に嵌合一体化された内輪４４との間に介在された外輪４３と、該外輪４３の内径面に形成され底面に周方向に傾斜したカム面４５を有する複数（図示の場合６箇所）のポケット４６と、前記ポケット４６に収納されたころ４７と、前記ころ４７を前記カム面４５と該カム面４５に対向した前記内輪４４に押し当てる付勢ばね４８とから構成される。前記ポケット４６相互間に外輪４３に保持された柱部材４９が介在される。

前記の付勢ばね４８は、前記カム面４５ところ４７の内輪４４に対する接点における接線とのなす角、いわゆるクサビ角θの狭小方向にころ４７を付勢し、カム面４５と内輪４４に対する押圧力によって一定の規定値トルクを発生させる。

軸４１がクサビ角θの拡大方向（矢印Ａ参照）に回転し負荷側にトルクを伝達している場合において、負荷側に前記の発生トルクを超える大きな負荷トルクが加えられると、軸４１は前記の規定値トルクを発生しつつ空転しトルクの伝達を遮断する。

なお、前記矢印Ａと反対方向に軸４１が回転すると、ころ４７の噛み込みが生じ、トルクリミッタはロック状態となり、トルクリミッタとしての作用は行われない。
る（特許文献１参照）。
特開平３−１４９２２号公報（第１図参照）

前記のトルクリミッタにおいては、その製作時においては６箇所のポケット４６ごとに付勢ばね４８を逐一収納しなければならず、このことが製作能率を妨げる要因になっていた。また、規定値トルクの大きさを調整する必要が生じた場合は、各付勢ばね４８ごとにばね定数を調整したり、すべての付勢ばね４８を交換したりする必要があり、調整作業に手間取る問題もあった。

そこで、この発明は、付勢ばねに起因する製作上の問題及び調整作業上の問題を解決したトルクリミッタ及びトルクリミッタユニットを提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明に係るトルクリミッタは、図１及び図２に示したように、軸１と、その軸１に回転自在に嵌合された外環部材２と、その外環部材２の内径面と前記軸１又は該軸１に嵌合一体化された内輪４との間に介在された外輪３と、該外輪３の内径面に形成され底面に周方向に傾斜したカム面１５を有する複数のポケット５と、前記ポケット５に収納されたころ６と、前記ころ６を前記カム面１５と該カム面１５に対向した前記軸１又は内輪４に押し当てる付勢ばね７とからなり、前記軸１と外環部材２との相対回転に応じ一定のトルクを発生しつつ空転するようにしたトルクリミッタにおいて、前記ポケット５が前記外輪３内径面の１８０度以内の範囲に片寄って配置され、前記ポケット５の配置範囲の軸対称の位置において、前記付勢ばね７として１個のばねが前記外輪３と前記軸１又は内輪４との間に圧縮状態に介在された構成としたものである。

前記の構成のトルクリミッタは、１個の付勢ばね７のばね力によって各ころ６をカム面１５に押し当てる押圧力Ｐを付与する。その押圧力Ｐがカム面１５に作用し、ころ６が内輪４に押し当てられる。ころ６の内輪４に接する点における押圧力Ｐ_ＦＡ〜Ｐ_ＦＣの軸１の中心Ｏ方向の分力Ｐ_Ａ〜Ｐ_Ｃ（図４参照）がトルクを発生させる。また、付勢ばね７も内輪４に押圧力Ｐで接触するのでこの部分においてもトルクを発生させる。内輪４の摩擦係数をμとすると、規定値トルクTは「Ｔ＝μ（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ＋Ｐ_C＋P）×内輪半径」となる。

また、前記の課題を解決するためのトルクリミッタユニットは、図６及び図７に示したように、前記の構成をもったトルクリミッタ３０と、前記軸１に回転自在に嵌合された回転部材３１との組合せからなり、前記トルクリミッタ３０と前記回転部材３１とがオルダム継手３２を介して結合された構成からなるものである。

前記のトルクリミッタ３０においては、付勢ばね７のばね力によって、外輪３が軸１に対して若干量ｙだけ偏芯するが、その偏芯量ｙはオルダム継手３２の作用によって吸収され、回転部材３１は軸１に対して同芯の回転を行う。

この発明は、以上のようなものであるから、以下の効果を奏することができる。
(1)この発明に係るトルクリミッタ又はトルクリミッタユニットは、各ころ６を付勢する付勢ばね７は１個であるため、数個のばねを組み入れる必要のあった従来の場合に比べ、製作能率が向上するとともに、トルク調整も１個のばねについて行えばよいので作業性が高い。
(2)前記１個の付勢ばね７自体のばね定数の調整は、調整用スペーサの交換によって細かく調整することができる。
(3)前記付勢ばね７を円錐形に形成することにより、該ばねが圧縮された場合に各巻き線同士の接触が避けられるので、ばねストロークを大きく設定することができる。
(4)前記トルクリミッタと回転部材の組合せからなるトルクリミッタユニットにおいては、トルクリミッタと回転部材との間にオルダム継手を介在したことにより、回転部材の回転精度が保持される。

以下、この発明に係るトルクリミッタ及びトルクリミッタユニットの実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１から図５に示した実施例１はトルクリミッタに関するものである。このトルクリミッタは、軸１、外環部材２、外輪３、内輪４、前記外輪３のポケット５に収納されたころ６、１個の円錐形の付勢ばね７及び外環部材２の蓋８とからなる。

前記の外環部材２は軸方向の一端が開放されたケース形をなし、その軸孔１７により軸１に回転自在に嵌合される。外環部材２の周壁部の外周面に歯車９が形成され、開放端の内径面に蓋８の係合溝１１が形成される。また、その内径面に軸方向の回り止めリブ１２が形成される。外環部材２の閉塞側端面に接して軸１の周りに止め輪１０が嵌合される。

前記の外輪３は、その外径面に前記の回り止めリブ１２に合致する回り止め溝１３が軸方向に形成され、前記外環部材２の内径面に嵌合され、回り止めリブ１２と回り止め溝１３との嵌合により一体化される。また、外輪３の内径面には、その中心角の１８０度より小さい範囲内に３箇所のポケット５が周方向に所定の間隔をおいて配置され、各ポケット５間の柱部１４は内輪４との間に多少の隙間が存在する。各ポケット５は外輪３の軸方向の両端面に渡る溝状をなし、その底面に周方向の一定方向に傾斜したカム面１５が形成される。前記３箇所のポケット５のうち、中央部分のポケット５と軸対称の位置において、外輪３の軸方向の両端面に渡る溝状のばね収納凹部１６が設けられる。

前記の内輪４はスリーブ状のものであり、前記軸１に隙間なく嵌合一体化されるとともに、その一端部が前記外環部材２の軸孔１７の周りに突き当てられ（図２参照）、他端部が前記蓋８の軸孔１８を貫通して外部に突き出す。その突き出した端部に切り欠き凹部１９が形成され、その切り欠き凹部１９を通じて軸１にピン２１を立て、軸１と内輪４とのずれ動きを阻止している。

前記の外輪３と内輪４は、軸１の周りにおいて同芯状に径方向に組み合わされる。外輪３のポケット５のカム面１５ところ６の接点において内輪４の外径面に引いた接線との成す角をクサビ角θ（図１参照）と称する。

前記の各ポケット５にそれぞれころ６が収納される。ころ６はポケット５内において周方向へ若干量移動可能であり、クサビ角θの狭小方向に移動したときはカム面１５と内輪４とが作るクサビ部分に噛み込みが生じ、外輪３と内輪４が一体化したロック状態となる。反対にクサビ角θの拡大方向に移動したときは噛み込みが外れ、外輪３と内輪４は相対回転可能な状態、いわゆる空転状態となる。

前記付勢ばね７は、図１及び図３に示したように、円錐形のコイルばねによって形成される。その大径端部を外輪３のばね収納凹部１６の底面に接して扁平状態に圧縮して収納され、小径端部が内輪４の外径面に押し当てられる。

蓋８の外径面に係合リブ２２が全周にわたり形成され、該蓋８を外環部材２の開放端に嵌合させ、その係合リブ２２を外環部材２側の係合溝１１に係合して一体化させている。蓋８は外環部材２の開放端を閉塞し、内部部品の抜け出しや、潤滑剤の漏出を防ぐ。

実施例１のトルクリミッタは以上のような構成であり、軸１に駆動力が入力され外環部材２の歯車９に負荷が加えられた状態で使用される。付勢ばね７は、図４に示したように、外輪３を押圧力Ｐで押し下げ、カム面１５をころ６に押し付ける。カム面１５に垂直方向の分力P１が作用する。また、各ころ６と内輪４との接点において、押圧力Ｐ_ＦＡ〜Ｐ_ＦＣの軸１の中心Ｏ方向の分力Ｐ_Ａ〜Ｐ_Ｃがトルクを発生させる。また、付勢ばね７も内輪４に押圧力Ｐで接触するのでこの部分においてもトルクを発生させる。内輪４の摩擦係数をμとすると、規定値トルクTは「Ｔ＝μ（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ＋Ｐ_C＋P）×内輪半径」となる。

いま、外環部材２の歯車９に加えられる負荷トルクが前記規定値トルクTより小さい場合は、図１において矢印Ａで示したように、軸１がクサビ角θの拡大方向に回転すると、ころ６の噛み込みを生じたまま軸１、内輪４、ころ６、外輪３及び外環部材２が一体に回転し、負荷にトルクが伝達される。負荷トルクが前記規定値トルクTを超えた大きさのときは、ころ６の噛み込みが外れ、軸１と内輪４が外輪３に対し前記の規定値トルクTを発生させつつ空転し、負荷に対するトルクの伝達が遮断される。

軸１の回転が矢印Ａと反対方向の場合は、ころ６の噛み込みによってロック状態となり、トルクリミッタの作用は行わないので、このような使用方法は避けられる。

なお、付勢ばね７は比較的大きなばね定数が必要になるためコイルばねが用いられるが、図示のような円錐形のコイルばねを用いると圧縮時に各巻き部分が接触しないので、大きなストロークを発生させることができる。

前記の発生トルクの大きさを変更・調整する手段としては、以下のようなものがある。
(1) ばね定数の異なる付勢ばね７を使用する。
(2) 図５に示したように、付勢ばね７の大径端とばね収納凹部１６の底面間に所要数・所要厚さのスペーサ２３を介在し、そのスペーサ２３の数又は厚さを変更することにより付勢ばね７のストロークを変える。
(3) ころ６の径寸法を変える。

なお、前記実施例１において内輪４を用いた構成となっているのは、ころ６の接触面の精度向上のためであるが、接触面の精度に左程こだわらない場合は、内輪４を省略し軸１に直接接触させるようにしてもよい。

次に、図６から図８に示した実施例２は、トルクリミッタユニットに関するものである。このトルクリミッタユニットは、前述の実施例１のトルクリミッタ３０と、回転部材３１（図示の場合歯車）とを食違い軸継手、いわゆるオルダム継手３２を介して結合することにより回転精度の向上を図ったものである。即ち、実施例１において説明したように、付勢ばね７のばね力によって外輪３が軸１側に引き寄せられたとき、外輪３の中心Ｏ’は軸１の中心Ｏから若干ずれる場合がある。そのずれ量をｓで表す（図６参照）。

前述の実施例１の場合は、外輪３と一体の外環部材２の外径面に歯車９（図２参照）が一体に設けられていたので、外輪３の中心ずれに伴い外環部材２の中心も同様にずれる結果、歯車９の回転精度が低いという問題があった。

実施例２においては、オルダム継手３２を採用したことにより、中心Ｏ、Ｏ’のずれ量ｓを吸収して負荷側に回転を伝達するので回転精度が高められる。以下、実施例１との相違点を中心に実施例２について説明する。

図６及び図７に示したように、実施例２の合は、トルクリミッタ３０と回転部材３１が同一の軸１上において、外環部材２の閉塞面の外側面に接して回転部材３１が配置され、その回転部材３１は止め輪３３により軸１に固定される。

前記のオルダム継手３２は、外輪３と外環部材２との間に構成された第１の継手要素３４（図６、図８参照）と、外環部材２と回転部材３１との間に構成された第２の継手要素３５（図７、図８参照）及び外環部材２及びこれと一体の蓋８がオルダム継手３２の中間部材の働きをなす。

第１の継手要素３４は、外輪３の円弧部分を軸対称形にそぎ落として形成された平行２面のスライド外面３４ａ、３４ａ（図８参照）と、これに合致するように外環部材２の内面に形成された平行２面のスライド内面３４ｂ、３４ｂとからなる。前記スライド外面３４ａとスライド内面３４ｂの嵌合によって、外輪３と外環部材２とが相対的に一定ストロークだけスライド可能なようにスライド方向の両端部に隙間ｘ、ｘが形成される（図６、図７参照）。

第２の継手要素３５は、外環部材２の外側面に設けられた２個所の角形断面のスライドリブ３５ａと、前記回転部材３１の内側面に設けられた２個所のスライド溝３５ｂとからなる。スライドリブ３５ａは、前記外環部材２の軸孔１７の外側において前記スライド外面３４ａとスライド内面３４ｂのスライド方向と直交する方向に、かつ軸対称の２個所に設けられる。また、スライド溝３５ｂは前記回転部材３１の軸孔３６の外側において軸対称の２個所に設けられる。スライドリブ３５ａとスライド溝３５ｂは相互に嵌合され相対的に一定ストロークだけスライド可能なようにスライド方向の両端部に隙間ｙ、ｙ（図６参照）が形成される。

オルダム継手３２の中間部材を構成する外環部材２及びこれと一体の蓋８は、それぞれの軸孔１７、１８が軸１又は内輪４の回りに径方向の隙間ｚ（図７参照）が存在する程度の径に形成される。

トルクリミッタ３０の構成は、前記のように、外環部材２と外輪３が継手要素３４によって径方向に相対的にスライド可能である構造であること、軸孔１７、１８の周りに隙間ｚが存在すること、外環部材２の外径面は単なる周面であること以外は前記実施例１の場合と同様であるので、同一部分には同一符号を付して示すにとどめ説明を省略する。

次に、実施例２の作用について説明する。付勢ばね７のばね力によって、軸１の中心Ｏに対し、外輪３の中心Ｏ’（図６参照）が若干偏芯した状態において、軸１が矢印Ａで示した方向に回転された場合、噛み込みの生じたころ６を介して外輪３が回転され、これと一体に外環部材２が回転される。このとき、外輪３は軸１に対し偏芯回転するが、その偏芯は前記の第１の継手要素３４と第２の継手要素３５、中間部材としての外環部材２及びこれと一体の蓋８とからなるオルダム継手３２の運動によって吸収され、回転部材３１を軸１の中心Ｏを中心として回転させる。負荷トルクが規定値トルクを超える大きさのときは、ころ６の噛み込みが外れ、軸１と内輪４が外輪３に対して規定値トルクTを発生させつつ空転する。

実施例１のトルクリミッタの縦断正面図 図１のＸ−Ｘ線の断面図 実施例１の分解斜視図 実施例１の一部拡大断面図 実施例１の変形例の一部拡大断面図 実施例２のトルクリミッタユニットの縦断正面図 図６のＹ−Ｙ線の断面図 実施例２の分解斜視図 従来例の一部省略断面図

符号の説明

１ 軸
２ 外環部材
３ 外輪
４ 内輪
５ ポケット
６ ころ
７ 付勢ばね
８ 蓋
９ 歯車
１０ 止め輪
１１ 係合溝
１２ 回り止めリブ
１３ 回り止め溝
１４ 柱部
１５ カム面
１６ ばね収納凹部
１７ 軸孔
１８ 軸孔
１９ 切り欠き凹部
２１ ピン
２２ 係合リブ
２３ スペーサ
３０ トルクリミッタ
３１ 回転部材
３２ オルダム継手
３３ 止め輪
３４ 第１の継手要素
３５ 第２の継手要素
３６ 軸孔

Claims (5)

1. 軸(１)と、その軸(１)に回転自在に嵌合された外環部材(２)と、その外環部材(２)の内径面と前記軸(１)又は該軸(１)に嵌合一体化された内輪(４)との間に介在された外輪(３)と、該外輪(３)の内径面に形成され底面に周方向に傾斜したカム面(１５)を有する複数のポケット(５)と、前記ポケット(５)に収納されたころ(６)と、前記ころ(６)を前記カム面(１５)と該カム面(１５)に対向した前記軸(１)又は内輪(４)に押し当てる付勢ばね(７)とからなり、前記軸(１)と外環部材(２)との相対回転に応じ一定のトルクを発生しつつ空転するようにしたトルクリミッタにおいて、前記ポケット(５)が前記外輪(３)内径面の１８０度以内の範囲に片寄って配置され、前記ポケット(５)の配置範囲の軸対称の位置において、前記付勢ばね(７)として１個のばねが前記外輪(３)と前記軸(１)又は内輪(４)との間に圧縮状態に介在されたことを特徴とするトルクリミッタ。
2. 前記付勢ばね(７)がコイルばねにより構成され、その一端部にばね力調整用のスペーサ(２３)が介在されたことを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 前記付勢ばね(７)が、円錐形のコイルばねであることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクリミッタ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のトルクリミッタ（３０）と、前記軸（１）に回転自在に嵌合された回転部材（３１）との組合せからなり、前記トルクリミッタ（３０）と前記回転部材（３１）とがオルダム継手（３２）を介して結合されたことを特徴とするトルクリミッタユニット。
5. 前記のオルダム継手(３２)が第１の継手要素(３４)と第２の継手要素(３５)及びこれらの継手要素(３４)(３５)間に介在された中間継手部材により構成され、前記中間継手部材は前記軸(１)に対して所要の径方向隙間をおいて嵌合された前記外環部材(２)によって構成され、前記第１の継手要素(３４)は前記外環部材(２)と前記外輪(３)とが前記軸(１)の径方向にスライド可能に嵌合された構成であり、第２の継手要素(３５)は前記の外環部材(２)と前記回転部材(３１)が前記第１の継手要素(３４)のスライド方向と直交する方向にスライド可能に嵌合された構成であることを特徴とする請求項４に記載のトルクリミッタユニット。

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