特開 2023-73603 双方向トルクリミッタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023073603

(43)【公開日】2023-05-26

(54)【発明の名称】双方向トルクリミッタ

(51)【国際特許分類】

   F16D 7/02 20060101AFI20230519BHJP

   F16D 41/20 20060101ALI20230519BHJP

【ＦＩ】

F16D7/02 F

F16D41/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186153

(22)【出願日】2021-11-16

(71)【出願人】

【識別番号】598102546

【氏名又は名称】南真化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097559

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 浩司

(74)【代理人】

【識別番号】100123674

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 亮

(72)【発明者】

【氏名】板橋 昭男

(57)【要約】

【課題】回転方向によってトルク差を生じさせない双方向トルクリミッタを提供する。
【解決手段】本発明の双方向トルクリミッタ１では、外輪部材３０と、外輪部材３０に面するコイルバネ４０の軸方向の一端側４０ｅとの間に、内輪部材１０の回転時にコイルバネ４０の一端側４０ｅを支持してコイルバネ４０の巻回部４２同士の密着状態を保持する台座６０が介在して設けられる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

隣り合う巻回部同士が密着した状態で螺旋状に延びるコイルバネが外周面に巻回保持される内輪部材と、前記内輪部材を覆うように配設されるとともに前記コイルバネの両端部が回り止め係止される外輪部材と、を備え、前記内輪部材と前記コイルバネとの摩擦力により両回転方向において前記内輪部材と前記外輪部材との間で所定のトルクを発生させつつそのトルクを所定値以下に制限する双方向トルクリミッタにおいて、
前記外輪部材と、前記外輪部材に面する前記コイルバネの軸方向の一端側との間には、前記内輪部材の回転時に前記コイルバネの前記一端側を支持して前記コイルバネの前記巻回部同士の密着状態を保持する台座が介在して設けられることを特徴とする双方向トルクリミッタ。

【請求項2】

前記台座は、前記外輪部材に一体形成されており、前記内輪部材の回転に伴う前記コイルバネの軸方向移動を規制して前記コイルバネの前記巻回部同士の密着状態を保持することを特徴とする請求項１に記載の双方向トルクリミッタ。

【請求項3】

前記台座は、前記コイルバネの前記一端側を支持する座面を有し、前記座面の高さは、前記コイルバネが延在する螺旋経路に沿って変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の双方向トルクリミッタ。

【請求項4】

前記台座は、前記コイルバネの前記螺旋経路に沿って離間し、前記座面の高さが互いに異なる複数のリブによって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の双方向トルクリミッタ。

【請求項5】

前記複数のリブの各リブは、座面の高さが、コイルバネの螺旋経路に沿って次第に高くなるように形成されることを特徴とする請求項４に記載の双方向トルクリミッタ。

【請求項6】

前記台座は、前記コイルバネの前記螺旋経路に沿って連続して延在する座面を有することを特徴とする請求項３に記載の双方向トルクリミッタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、双方向に伝達される回転に伴う負荷トルクを所定値以下に制限する双方向トルクリミッタに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、トルクリミッタは、回転伝達機構において、ある一定値を超える大きなトルクが作用したときに、そのトルクの伝達を遮断するものであり、例えば、プリンタや複写機等の電子情報機器の用紙搬送機構（給紙機構）のローラ部分に設置されている。このようなトルクリミッタは、機械的な摩擦によって回転トルクを得る接触式のものがあり、例えば、特許文献１に開示されているように、内輪部材（ボビンとも称される）と、この内輪部材の外周に締まり嵌めされるコイルバネと、コイルバネの端部を固定し、前記内輪部材を覆う外輪部材（ケース部材又はハウジングとも称される）とを備えたものが知られている。

【0003】

また、トルクリミッタには、一方向に伝達される回転に伴う負荷トルクを制限する以外にも、例えば、特許文献２に開示されているように、両方向に回転駆動される部位に設置されて回転を制限するもの（双方向に伝達される回転に伴う負荷トルクを制限するもの）が知られている。この双方向トルクリミッタは、例えば図４にも示されるように、内輪部材１１０に締まり嵌めされる螺旋状のコイルバネ１４０の両端（係止端）１４０ａ，１４０ｂを外輪部材１３０に回り止め係止させるようにしている（このようなコイルバネを双方向コイルバネとも称する）。

【0004】

図４に示されるこのような双方向トルクリミッタ１５０は、外輪部材１３０と内輪部材１１０が円筒形状を成しており、両者の間に双方向コイルバネ１４０が介在された状態で所定のトルクを生じさせるようになっている（一定以上のトルクが作用した際に両者が滑る）。具体的には、時計回り方向（双方向コイルバネ１４０はＣＷ方向の力を受ける）及び反時計回り方向（双方向コイルバネ１４０はＣＣＷ方向の力を受ける）の両方向の回転に対してそれぞれ所定のトルクが作用したときに滑り（スリップ）が生じ、動力伝達がＯＦＦ状態となる。すなわち、いずれの回転方向の負荷トルクに対しても、それぞれトルク制限値以下のときはトルクを伝達し（ＯＮ状態）、トルク制限値を超えた負荷トルクが加わるとトルクの伝達を阻止する（ＯＦＦ状態）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－１４５３８０号

【特許文献2】特許第３３１５６０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

双方向のスリップトルクを利用するこのような双方向トルクリミッタ１５０においては、回転方向の違いによるトルク差を最小にすることが求められるが、構造上（コイルバネ１４０の螺旋構造）、トルク差を解消することが難しく、一方向のトルクが大きく（小さく）なる傾向がある。

【0007】

すなわち、隣り合う巻回部１４２同士が密着した状態で螺旋状に延びる双方向コイルバネ１４０は、内輪部材１１０が回転されると、その回転方向で螺旋経路の基端に位置される係止端とは反対の係止端側へ向けて、内輪部材１１０の中心軸線Ｏに沿って移動するが、両回転方向での移動形態の違いにより、巻回部１４２同士の密着状態が移動方向により変化し、それにより、回転方向によって伝達トルクに差が生じる。

【0008】

具体的には、図５に示されるように、内輪部材１１０の回転方向が図中上側から見て時計回り方向である場合、反時計回り方向に巻回されたコイルバネ１４０は、内輪部材１１０の中心軸線Ｏに沿って図中下側（ＣＷ方向）へ移動し、外輪部材１３０に面するその下端面１４０ｃが外輪部材１３０の底面１３０ａに突き当たる。このとき、外輪部材１３０に対して回り止め係止されている下側の係止端１４０ｂを形成する下端面１４０ｃは、座面となる外輪部材１３０の底面１３０ａに対して摺動せず、そのため、内輪部材１１０の回転が進行すると、図５の（ｂ）に示されるように、双方向コイルバネ１４０は、その一部の巻回部１４２同士の密着状態が開き、それらの巻回部１４２同士の間に隙間Ｓが生じる。これにより、双方向コイルバネ１４０の内径が密着時と変化する（密着形状が円形から楕円形に変化して、圧接力が変化する）等の要因によって、反時計回り時との間でトルク変化が生じてしまう。

【0009】

一方、図６に示されるように、内輪部材１１０の回転方向が図中上側から見て反時計回り方向である場合、反時計回り方向に巻回されたコイルバネ１４０は、内輪部材１１０の中心軸線Ｏに沿って図中上側（ＣＣＷ方向）へ移動し、内輪部材１１０のフランジ１１２に面するその上端面１４０ｄがフランジ１１２の内側端面１１２ａに突き当たる。このとき、外輪部材１３０に対して回り止め係止されている上側の係止端１４０ａを形成する上端面１４０ｄは、回転する内輪部材１１０のフランジ１１２の座面となる内側端面１１２ａに対して摺動し、そのため、内輪部材１１０の回転が進行しても、双方向コイルバネ１４０の姿勢は安定しており、巻回部１４２同士の密着状態が維持される（図５のような隙間が生じることはない）。

【0010】

このように、従来の双方向トルクリミッタ１５０は、構造上、回転方向の違いによるコイルバネ１４０のＣＷ方向／ＣＣＷ方向の軸方向の移動の相違によってトルク差が生じており、改善の余地がある。

【0011】

本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、回転方向によってトルク差を生じさせない双方向トルクリミッタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記した目的を達成するために、本発明は、隣り合う巻回部同士が密着した状態で螺旋状に延びるコイルバネが外周面に巻回保持される内輪部材と、前記内輪部材を覆うように配設されるとともに前記コイルバネの両端部が回り止め係止される外輪部材と、を備え、前記内輪部材と前記コイルバネとの摩擦力により両回転方向において前記内輪部材と前記外輪部材との間で所定のトルクを発生させつつそのトルクを所定値以下に制限する双方向トルクリミッタにおいて、前記外輪部材と、前記外輪部材に面する前記コイルバネの軸方向の一端側との間には、前記内輪部材の回転時に前記コイルバネの前記一端側を支持して前記コイルバネの前記巻回部同士の密着状態を保持する台座が介在して設けられることを特徴とする。

【0013】

上記構成によれば、内輪部材の回転時に、外輪部材と面するコイルバネの一端側が外輪部材と突き当たる方向に移動しようとしても、台座によってコイルバネの一端側が支持されてコイルバネの巻回部同士の密着状態が保持されるため、前述したように巻回部同士の間に隙間が生じることはない。すなわち、コイルバネの内径は変化することがないため、回転方向によってトルク差を生じさせないようにすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明のトルクリミッタによれば、回転方向によってトルク差を生じさせない双方向トルクリミッタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係るトルクリミッタの一構成例を示す断面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図3】外輪部材の円周壁の展開図であり、（ａ）は、図２の構成に対応する複数のリブにより構成される台座を示し、（ｂ）は、コイルバネの螺旋経路に沿って連続して延在する台座の変形例を示す。

【図4】従来の双方向トルクリミッタの一構成例を示す断面図である。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、図４の双方向トルクリミッタにおいて、内輪部材の回転時にコイルバネがＣＷ方向へ移動する形態を段階的に示す概略断面図である。

【図6】図４の双方向トルクリミッタにおいて、内輪部材の回転時にコイルバネがＣＣＷ方向へ移動する形態を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る双方向トルクリミッタについて説明する。
図１は、本発明に係る双方向トルクリミッタ１の一構成例を示している。図示のように、この双方向トルクリミッタ１は、円筒状に形成された内輪部材（ボビンとも称される）１０と、内輪部材１０を覆うようにして装着されるキャップ状に形成された外輪部材（ケース部材又はハウジングとも称される）３０と、内輪部材１０の外周面に装着される双方向コイルバネ（以下、コイルバネと称する）４０と、を備えている。

【0017】

前記コイルバネ４０は、隣り合う巻回部４２同士が密着した状態で螺旋状に延びるとともに、一端部４０ａ及び他端部４０ｂがそれぞれ外輪部材３０に回り止め係止される。この場合、各端部４０ａ，４０ｂは、外輪部材３０の内面に、周方向に沿って所定間隔をおいて軸方向に延出するように形成された複数のリブ３０Ｒの内の２個所に、コイルバネ４０が緩む方向にだけ回り止めされるように係止される（図２参照）。

【0018】

このような構成では、内輪部材１０とコイルバネ４０との摩擦力により両回転方向において内輪部材１０と外輪部材３０との間で所定のトルクを発生させつつそのトルクを所定値以下に制限する。具体的には、図中上側から見て時計回り方向(コイルバネ４０はＣＷ方向へ移動）、及び、図中上側から見て反時計回り方向(コイルバネ４０はＣＣＷ方向へ移動）の両方向の回転に対して、それぞれ所定のトルクが作用したときに滑り（スリップ）が生じ、動力伝達がＯＦＦ状態となる。

【0019】

すなわち、いずれの回転方向の負荷トルクに対しても、それぞれトルク制限値以下のときはトルクを伝達し（ＯＮ状態）、トルク制限値を超えた負荷トルクが加わるとトルクの伝達を阻止する（ＯＦＦ状態）。なお、動力伝達をＯＦＦにするトルクについては、コイルバネ４０の緊締力（バネ構造）によって調整可能である。

【0020】

内輪部材１０は、中空で略円筒形状に形成されており、その内部通路１０Ａに軸（図示せず）が挿通される。軸には、軸方向と直交する方向に係止ピン（図示せず）が設けられており、内輪部材１０の一端側には、係止ピンと係合する切欠凹部１１が径方向に形成されている。これにより、軸と内輪部材１０は回転固定される。

【0021】

内輪部材１０は、円周壁（周壁）１０ａを備えており、その表面（外周面）に、前記コイルバネ４０が巻回保持される。内輪部材１０の他端側には、円周壁１０ａよりも小径の円周壁１０ｂが形成されており、この部分が外輪部材３０の天板壁３０ａに形成された円形開口３１に嵌め込まれて、外輪部材３０の天板壁３０ａ側が位置決めされる。

【0022】

また、円周壁１０ａには、周方向に沿って所定間隔をおいて径方向に突出する複数の基部を介してフランジ１２が一体形成されており、円周壁１０ａの表面に巻回保持されたコイルバネ４０の軸方向への移動を規制している。前記フランジ１２の外周端には、外輪部材３０を装着した際、外輪部材３０の円形開口３０Ａの内周面の２箇所（１８０°間隔で２箇所）に形成された一対の突起３０ｃが係合し、それにより、外輪部材３０から内輪部材１０が抜けないようにしている。なお、形成される突起の数は限定されることはなく、例えば、１２０°間隔で３箇所形成されていても良い。

【0023】

外輪部材３０は、前述したように、キャップ状に形成されており、天板壁３０ａと、内輪部材１０の円周壁１０ａを覆う円周壁３０ｂとを備える。天板壁３０ａには、その中央領域に内輪部材１０の円周壁１０ｂが嵌入される円形開口３１が形成されている。また、円形開口３１側に位置される円周壁３０ｂの端部の内周面には、前述したように、内輪部材１０のフランジ１２と係合して外輪部材３０からの内輪部材１０の抜けを防止する複数の突起３０ｃが設けられる。

【0024】

以上のような構成の双方向トルクリミッタでは、図５及び図６を参照して説明したように、内輪部材１０の回転方向が図中上側から見て時計回り方向である場合、コイルバネ４０は、内輪部材１０の中心軸線に沿って図中下側（ＣＷ方向）へ移動して、外輪部材３０に面するその下端面４０ｃが外輪部材３０の底面３０ｄに突き当たろうとする。この移動を完全に許容してしまうと、外輪部材３０に対して回り止め係止されている下側の係止端４０ｂを構成する下端面４０ｃは、座面となる外輪部材３０の底面３０ｄに対して摺動せず、そのため、内輪部材１０の回転が進行すると、コイルバネ４０は、その一部の巻回部４２同士の密着状態が開き、それらの巻回部４２同士の間に隙間を生じさせようとする（図５参照）。

【0025】

このように、内輪部材１０が、図中上側から見て時計回り方向に回転した際、コイルバネ４０の移動を許容してしまうと、巻回部４２同士の密着状態が開き、それらの巻回部４２同士の間に隙間が生じ、上記したように、反時計回り方向の回転との間でトルク差が生じてしまう。

【0026】

本実施形態では、このような事態を防止するべく、外輪部材３０の底面３０ｄとこれに面するコイルバネ４０の軸方向の一端側４０ｅとの間に、内輪部材１０の回転時にコイルバネ４０の一端側４０ｅを支持してコイルバネ４０の巻回部４２同士の密着状態を保持するように台座６０を介在している。

【0027】

本実施形態の台座６０は、内輪部材１０の回転に伴うコイルバネ４０の軸方向移動を規制して、コイルバネ４０の巻回部４２同士の密着状態を保持するようにしており、コイルバネ４０の一端側４０ｅを支持する座面６０ａを備えている。

【0028】

本実施形態の台座６０は、図２に示すように、円周方向に沿って一定の間隔をおいて断続的に複数個所、形成されており（本実施形態では等間隔で６箇所されており、各台座を符号６０ａ～６０ｆで示す）、それぞれの台座の座面の高さは、コイルバネ４０が延在する螺旋経路に沿って変化するようになっている。各台座６０ａ～６０ｆは、外輪部材３０と一体形成することが可能であり、径方向に延出するリブ状に構成することが可能である。この場合、本実施形態の台座６０ａ～６０ｆは、前記外輪部材３０の内面に形成された複数のリブ３０Ｒの端部に、径方向内側に突出するように形成されている。

【0029】

具体的には、各台座は、外輪部材３０の円周壁３０ｂの展開図である図３の（ａ）に示されるように、外輪部材３０の底面３０ｄ上に一体形成されている。すなわち、本実施形態の台座６０は、双方向コイルバネ４０の螺旋経路９０に沿って互いに離間するように、外輪部材３０の底面３０ｄ上に形成される複数個（６個）のリブ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆによって構成されている。

【0030】

上記したリブの構成では、各リブの座面（表面）は、軸方向と直交した水平な平坦面で構成されていても良いが、図３の（ａ）で示すように、コイルバネ４０の螺旋経路９０に沿って傾斜するように形成することが好ましい。すなわち、各リブ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆの座面６０ａａ，６０ｂａ，６０ｃａ，６０ｄａ，６０ｅａ，６０ｆａ（図３の（ａ）には、便宜上、３つのリブ６０ａ，６０ｂ，６０ｃのみが示される）は、互いの高さが異なると共に、１つの台座の座面の高さが、コイルバネ４０の螺旋経路９０に沿って次第に高くなるように形成されている。

【0031】

このように、本実施形態の双方向トルクリミッタ１によれば、内輪部材１０の一方の回転時に、外輪部材３０と面するコイルバネ４０の一端側４０ｅが外輪部材３０の底面３０ｄと突き当たる方向に移動しようとしても、台座６０ａ～６０ｆによって、コイルバネ４０の一端側４０ｅは安定して支持されて、軸方向の移動が規制されるので、コイルバネ４０の巻回部４２同士の密着状態が保持される。
すなわち、巻回部４２同士の間に隙間が生じることがないので、内輪部材１０の他方の回転時との間でトルクが変化することを防止することができる。

【0032】

上記した台座６０は、円周方向に沿って２箇所以上形成されていれば良く、コイルバネ４０の螺旋形状に応じて高さが異なっていれば良い。また、安定してコイルバネ４０が支持されるように、台座の形成個数は多い方が好ましく、その座面については、図３の（ａ）に示すように、傾斜面として構成することが好ましい。更には、台座６０は、図３の（ｂ）に示すように、１つの部材として外輪部材３０の底面３０ｄ上に一体形成し、その座面６０ａが、コイルバネ４０の螺旋経路に沿って連続して延在するような構成であっても良い。

【符号の説明】

【0033】

１ 双方向トルクリミッタ
１０ 内輪部材
３０ 外輪部材
４０ コイルバネ
６０ 台座
６０ａ 座面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】