特開 2023-73604 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】P2023073604

(43)【公開日】2023-05-26

(54)【発明の名称】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】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186154

(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】耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることができる低コストの内輪部材を備えるトルクリミッタを提供する。
【解決手段】本発明のトルクリミッタ１は、外周面にコイルバネが巻回保持される内輪部材１０と、内輪部材１０を覆うように配設されるとともにコイルバネの端部が固定される外輪部材３０とを備える。内輪部材１０は、コイルバネが巻装されて摺接する周壁１０ａを有する。周壁１０ａは、樹脂により形成される第１の層１０ａａと、この第１の層１０ａａ上に位置されて周壁１０ａの表面を形成するとともに、基材にフィラーを含有させて成る第２の層１０ａｂとを含み、第２の層１０ａｂは、前記コイルバネが巻装される部位に設けられることを特徴とする。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面にコイルバネが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端部が固定される外輪部材と、を備え、前記内輪部材と前記コイルバネとの摩擦力によっ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トルクリミッタにおいて、
前記内輪部材は、前記コイルバネが巻装されて摺接する周壁を有し、
前記周壁は、樹脂により形成される第１の層と、この第１の層上に位置されて前記周壁の表面を形成するとともに、基材にフィラーを含有させて成る第２の層とを含み、
前記第２の層は、前記コイルバネが巻装される部位に設けられることを特徴とするトルクリミッタ。

【請求項2】

前記第２の層は、ポリエーテルエーテルケトン、又は、ポリフェニレンサルファイドを基材として、カーボン繊維、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイトを具備した充填材が添加されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。

【請求項3】

前記第１の層と前記第２の層は一体成形されて成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。

【請求項4】

前記第１の層と前記第２の層とが別体を成す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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一方向に伝達される回転、又は、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トルクリミッタに関し、特に、内輪部材に特徴を有するトルクリミッタに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、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、コイルバネの一端部を固定し、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、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【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】

【0005】

このようなトルクリミッタには、近年、小型・高トルク・高耐久性で、高品質の要求が高まっており、特に、内輪部材には、コイルバネが巻回されて大きな摩擦力（トルク）が作用することから、高品質化するに際して、コイルバネが巻回される内輪部材の構成材料が重要となる。

【0006】

そのため、焼結メタル、又は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、更には、ポリエキシメチレン樹脂（ＰＯＭ）のような樹脂によって成形することが一般的である内輪部材にあっては、このような樹脂等の基材にフィラーとしてカーボン繊維を含有させることによって、耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることが考えられる。

【0007】

しかしながら、基材にフィラーを含有させて成る複合材料は、コストが高く、したがって、高トルクに対応するために内輪部材が大型化する昨今においては、材料コストが益々高くなってしまうことになる。また、歯車等の機能を一体化する場合（歯車と内輪部材を一体化する場合）では、内輪部材が大型化するとともに、相手の歯車部品を摩耗させてしまう可能性がある。

【0008】

本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることができる低コストの内輪部材を備える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】

【0009】

上記した目的を達成するために、本発明は、外周面にコイルバネが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端部が固定される外輪部材と、を備え、前記内輪部材と前記コイルバネとの摩擦力によっ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トルクリミッタにおいて、前記内輪部材は、前記コイルバネが巻装されて摺接する周壁を有し、前記周壁は、樹脂により形成される第１の層と、この第１の層上に位置されて前記周壁の表面を形成するとともに、基材にフィラーを含有させて成る第２の層とを含み、前記第２の層は、前記コイルバネが巻装される部位に設けられることを特徴とする。

【0010】

上記構成によれば、コイルバネが巻装されて摺接する内輪部材の周壁の表面が、基材にフィラーを含有させて成る第２の層によって形成されているため、基材及びフィラーを適宜選択することにより内輪部材の耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることが可能となる。また、基材にフィラーを含有させて成るこのような複合材料の第２の層は一般に高価であるが、上記構成では、この第２の層をコイルバネが巻回保持される内輪部材の周壁の表面のみに限定し、その下層である第１の層を樹脂により形成するようにしているため、第１の層の形成材料を安価な樹脂とすることにより、内輪部材全体のコストを抑えることが可能となる。

【0011】

すなわち、本発明に係る上記構成のトルクリミッタの内輪部材は、その耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させる高価な複合材料をコイルバネが巻回保持される周壁の表層のみに限定し、それ以外の材料を安価な樹脂材料によって形成できるように、２つの別個の層によって周壁を構成しているため、耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性の向上と低コストとを同時に実現できる。この場合、第２の層の厚さは、第１の層のそれよりも薄く形成することが好ましく、０．４～１．０ｍｍの範囲であれば良い。

【0012】

なお、第１の層を形成する樹脂材料としては、例えば、ＰＯＭ，ＰＡ（ナイロン）等の樹脂材料を挙げることができる。また、第２の層は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、又は、ポリフェニレンサルファイドを基材として、カーボン繊維、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイトを具備した充填材が添加されたものを用いることができる。これによれば、内輪部材の耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性の向上が図れるようになるとともに、内輪部材と摺接する外輪部材の摩耗を抑えることもできる。

【0013】

ここで、添加される材料のうち、カーボン繊維は、主に、強度、耐摩耗性の向上（耐久性の向上）に寄与するとともに、摺動特性の向上にも寄与し得る。また、添加される材料のうち、ポリテトラフルオロエチレン及びグラファイトは、摺動性の向上に寄与するが、前者は、特に低摩擦性において良好な特性を備え、後者は、高トルクによる摩擦熱、コイルバネの圧力増加に対し、耐熱性、耐荷重性、耐摩耗性において良好な特性を備えており、これらが機能補完して性能の安定化が図れるようになる。なお、基材としては、他の材料、例えばポリイミド等を用いることも可能であるが、基材としては、ポリエーテルエーテルケトンが最も優れた特性を発揮し得る。このため、そのような基材に上記の充填材を備えた複合材で内輪部材を形成すると、トルクリミッタを小型化し、高トルク型に構築しても、耐久性及び摺動特性に優れたトルクリミッタを構成することが可能である。

【0014】

また、上記構成では、第１の層と第２の層とが一体に成形されてもよい。そのような一体成形は、例えば２色成形技術によって実現することが可能である。また、上記構成では、第１の層と第２の層とが別体を成してもよい。その場合、例えば、第２の層を薄いスリーブ状に形成しておき、第１の層を内輪部材の他の部位と一体形成し、前記スリーブを内輪部材（内輪部材と一体を成す第１の層）に対して回転不能に（例えば係脱自在に）係止するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明のトルクリミッタによれば、耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることができる低コストの内輪部材を備えるトルクリミッタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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のトルクリミッタのコイルバネを除去した構成を示しており、内輪部材の周壁の構造を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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トルクリミッタについて説明する。
図１は、本発明に係るトルクリミッタの一構成例を示している。図示のように、このトルクリミッタ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コイルバネ４０と、を備えている。

【0018】

図示のコイルバネ４０は、一方向コイルバネ（例えば、左巻き）を示しており、一端４０ａが外輪部材３０に固定される。このため、外輪部材３０から一方向に所定の回転トルクが発生した場合、両者を滑らせる（内輪部材１０と外輪部材３０との間で動力伝達をＯＦＦにする）機能を果たす。具体的には、図１において、外輪部材３０が矢印Ｄ１方向に回転した場合、一方向コイルバネ４０は締め付けられるため、内輪部材１０との間で動力伝達はＯＮ状態となるが、外輪部材３０が矢印Ｄ２方向に回転した場合、一方向コイルバネ４０は径方向に膨らむ状態（緩む状態）となり、その回転力がある程度大きくなる（所定のトルクを超える）と、内輪部材１０の外周面である円周壁１０ａとそこに装着されている一方向コイルバネ４０の内面との間でスリップが生じて動力伝達はＯＦＦ状態となる。すなわち、このようなトルクリミッタ１は、一方向の回転は常に動力伝達状態となり、逆方向の回転については、所定のトルクが作用した場合、内輪部１０材と外輪部材３０との間で滑りが生じ、動力伝達はＯＦＦ状態となる。

【0019】

なお、動力伝達をＯＦＦにするトルクについては、一方向コイルバネ４０の緊締力によって調整可能である。また、内輪部材１０に対しては、同様な構成の右巻きの一方向コイルバネを巻回することが可能であり、この場合、前述した作用とは逆の作用が得られる。更に、内輪部材１０に対しては、双方向コイルバネを巻回することが可能であり、この場合、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が生じ、動力伝達は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）。

【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、前述した円周壁（周壁）１０ａを備えており、その表面（外周面）に、一方向コイルバネ４０或いは両方向コイルバネが巻回保持される。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。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の移動を規制している。また、このフランジ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からの内輪部材１０の抜けが防止される。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個所形成されていても良い。

【0022】

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。

【0023】

図２は、コイルバネ４０を除去した構成を示しており、前記内輪部材を模式的に示す図である。
コイルバネ４０が巻装されて摺接する内輪部材１０の円周壁１０ａは、樹脂により形成される第１の層１０ａａと、この第１の層１０ａａ上に位置されて円周壁１０ａの表面を形成するとともに、基材にフィラーを含有させて成る第２の層１０ａｂとによって構成される。なお、本実施形態では、円周壁１０ａが２つの層１０ａａ，１０ａｂのみから成るが、それ以外の他の層を含んでいてもよい。

【0024】

この場合、全体として軽量化を図り、コストの低減が図れるように、第２の層１０ａｂの厚さは、第１の層１０ａａのそれよりも薄く形成することが好ましい。例えば、第２の層１０ａｂの厚さは、０．４～１．０ｍｍであることが好ましい。また、第１の層１０ａａを形成する樹脂としては、ＰＯＭ，ＰＡ（ナイロン）等の樹脂材料を挙げることができる。また、コイルバネと接触する第２の層１０ａｂは、ポリエーテルエーテルケトン、又は、ポリフェニレンサルファイドを基材として、カーボン繊維、ポリテトラフルオロエチレン、グラファイトを具備した充填材が添加されて構成されている。これにより、内輪部材１０の耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性の向上が図れるようになる。

【0025】

ここで、第２の層１０ａｂにおいて添加される材料のうち、カーボン繊維は、主に、強度、耐摩耗性の向上（耐久性の向上）に寄与するとともに、摺動特性の向上にも寄与し得る。また、添加される材料のうち、ポリテトラフルオロエチレン及びグラファイトは、摺動性の向上に寄与するが、前者は、特に低摩擦性において良好な特性を備え、後者は、高トルクによる摩擦熱、コイルバネの圧力増加に対し、耐熱性、耐荷重性、耐摩耗性において良好な特性を備えており、これらが機能補完して性能の安定化が図れるようになる。なお、基材としては、他の材料、例えばポリイミド等を用いることも可能であるが、基材としては、ポリエーテルエーテルケトンが最も優れた特性を発揮し得る。このため、そのような基材に上記の充填材を備えた複合材で内輪部材１０を形成すると、トルクリミッタを小型化し、高トルク型に構築しても、耐久性及び摺動特性に優れたトルクリミッタを構成することが可能である。

【0026】

また、第２の層１０ａｂは、内輪部材１０の耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることができる他の複合材料、例えば、ＰＯＭ、ＰＡによって構成されてもよい。

【0027】

上記したような２層構造は、例えば２色成形技術を使用して第１の層１０ａａと第２の層１０ａｂとを一体成形することが可能であるが、第１の層１０ａａと第２の層１０ａｂとが別体として構成されていてもよい。その場合、例えば、第２の層１０ａｂを薄いスリーブ状に形成し、第１の層１０ａａを内輪部材１０の他の部位と一体形成し、スリーブ状の第２の層１０ａｂを内輪部材１０（内輪部材１０と一体を成す第１の層１０ａａ）に対して回転不能に（例えば係脱自在に）係止するようにしてもよい。

【0028】

以上説明したように、本実施形態によれば、コイルバネ４０が巻装されて摺接する内輪部材１０の円周壁１０ａの表面が、基材にフィラーを含有させて成る第２の層１０ａｂによって形成されているため、基材及びフィラーを適宜選択することにより内輪部材１０の耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させることが可能となる。また、基材にフィラーを含有させて成るこのような複合材料の第２の層１０ａｂは一般に高価であるが、本実施形態では、この第２の層１０ａｂをコイルバネ４０が巻回保持される内輪部材１０の円周壁１０ａの表面のみに限定し、その下層である第１の層１０ａａを樹脂により形成するようにしているため、第１の層１０ａａの形成材料を安価な樹脂とすることにより、内輪部材１０全体のコストを抑えることが可能となる。

【0029】

すなわち、本実施形態のトルクリミッタ１の内輪部材１０は、その耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性を向上させる高価な複合材料をコイルバネ４０が巻回保持される円周壁１０ａの表層のみに限定し、それ以外の材料を安価な樹脂材料によって形成できるように、２つの別個の層１０ａａ，１０ａｂによって円周壁１０ａを構成しているため、耐久性（耐摩耗性）及び摺動特性の向上と低コストとを同時に実現できる。

【符号の説明】

【0030】

１ トルクリミッタ
１０ 内輪部材
１０ａ 周壁
１０ａａ 第１の層
１０ａｂ 第２の層
３０ 外輪部材
４０ コイルバネ

【図1】

【図2】