(57)【要約】【課題】ばね部材４を用いたトルクリミッタにおいて、少ない部品点数でコンパクト且つ軽量に設計することができるにもかかわらず、内輪と外輪とが相対回転を開始する回転トルクの設定値を大きく設定することを可能とすること。【解決手段】ばね部材４の基部３２の外周縁部に軸方向に延びる筒状の補助壁４０を全周に亘って設けるとともに、補助壁４０の先端に半径方向に延びる環状のフランジ４２を全周に亘って形成するようにした。【選択図】  図１
2019199912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の内輪と、前記内輪を囲む環状のばね部材と、前記内輪及びばね部材を収容する外輪とを備え、
前記内輪及びばね部材並びに外輪は共通の中心軸を有し、前記ばね部材は前記外輪に相対回転不能に係合され、
前記ばね部材は環状に形成された薄板状の基部を具備し、前記基部の内周には、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる複数の弾性部が、周方向に間隔をおいて一体的に設けられ、それぞれの前記弾性部の先端は前記内輪の外周面に当接する当接内面を形成しており、さらに、
前記ばね部材の基部の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁が全周に亘って設けられるとともに、前記補助壁の先端には、半径方向に延びる環状のフランジが全周に亘って形成されており、
前記内輪と前記外輪との間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、前記内輪の外周面と前記ばね部材の当接内面との間の摩擦力に抗して、前記内輪と前記外輪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。
【請求項２】
前記ばね部材の基部には、隣接する前記弾性部の中間に、前記基部の内周から半径方向外側に向け矩形状に切り欠かれた係合凹部が形成され、かつ、前記外輪には、軸方向に延びる係合凸部が形成されており、
前記外輪の係合凸部が前記ばね部材の係合凹部に嵌り込んで、前記ばね部材は前記外輪と相対回転不能となる、請求項１に記載のトルクリミッタ。
【請求項３】
前記外輪内には、複数の前記ばね部材が軸方向に並列して設置される、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、断面円形の内輪と、内輪を囲む環状のばね部材と、記内輪及びばね部材を収容する外輪とを備え、内輪と外輪との間に作用する回転トルクが所定値より大きい場合に、内輪と外輪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。
【背景技術】
【０００２】
トルクリミッタは、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、つまり、伝達トルクを制限する部品として一般的に利用されている。さらに、トルクリミッタは、例えばノート型パソコンのディスプレイを本体に枢着する部分にも適用され、ディスプレイを任意の角度に固定すると同時に、手動で余分のトルクを付加したときはディスプレイと本体とが相対的に回転するようにして、いわゆるトルクヒンジの機能を行わせることもできる。
例えば、特許文献１には、環状のばね部材を用いた摩擦式のトルクリミッタを、トルクヒンジとして機能させるものが記載されており、これについて図７を参照して説明する。図７（ａ）はトルクリミッタの縦断面図を、図７（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を、図７（ｃ）は同図（ａ）で配設されたばね部材の単品斜視図を、夫々示すものである。
【０００３】
図７に示すトルクリミッタは、軸状で断面円形の内輪Ｎと、この内輪Ｎを囲む環状のばね部材Ｓと、内輪Ｎとばね部材Ｓを収容する外輪Ｇとを備えており、内輪Ｎ及びばね部材Ｓ並びに外輪Ｇは共通の中心軸ｏを有している。ばね部材Ｓは環状に形成された薄板状の基部Ｂを具備し、基部Ｂの外周には、半径方向外側に向かって突出する円弧状の係合凸部Ｃが形成されている。係合凸部Ｃは周方向に間隔をおいて３個設けられており、係合凸部Ｃの夫々の外周縁部には軸方向に延びる円弧状の補助壁Ｗが配設されている。
外輪Ｇには係合凹部Ｒが形成され、係合凹部Ｒに係合凸部Ｃが嵌り込んで、ばね部材Ｓは外輪Ｇと相対回転不能となる。一方、基部Ｂの内周には、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる３個の弾性部Ｄが、周方向に等間隔に一体的に設けられている。夫々の弾性部Ｄの先端は内輪Ｎの外周面に当接する当接内面ＣＳを形成している。そして、内輪Ｎの外周面とばね部材Ｓにおける当接内面ＣＳ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９１２７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したとおりのトルクリミッタは、少ない部品点数で小型且つ軽量に設計することが可能である。しかしながら、ばね部材Ｓの基部Ｂは薄板状であることから剛性が弱く、以下のような問題点がある。
即ち、内輪Ｎと外輪Ｇとが相対回転を開始する回転トルクの所定値（設定トルク）を大きく設定した場合（つまり、当接内面ＣＳと内輪Ｎの外周面とを強力に密接させて大きな摩擦力を作用させた場合）、中心軸ｏ周りに大きな回転トルクが付加された際に、薄板状の基部Ｂが撓んでしまい、設定トルクの値が変動したり、トルクリミッタの装置が損傷したりする恐れがある。これは、上記回転トルクによって基部Ｂには周方向に捩じられる力が作用し、薄板状の基部Ｂは凹凸面を形成するように変形させられるためである。
図７に示すトルクリミッタにあっては、基部Ｂに形成された係合凸部Ｃの外周縁から軸方向に延びる補助壁Ｗが設けられており、これによって基部Ｂは周方向に捩じられる力に対してある程度補強されている。しかしながら、補助壁Ｗは周方向に間隔をおいて設けられていることから、基部Ｂに対して上記力が作用した際には、補助壁Ｗが設けられていない部分の基部Ｂにひずみが集中してしまい、基部Ｂが充分に補強されているとは言えない。基部Ｂの剛性を強くするために基部Ｂの肉厚を厚くすることも考えられるが、基部Ｂの肉厚を厚くしてしまうとばね部材Ｂが重くなると共に大型化してしまう。
【０００６】
本発明は、薄板状の基部を有するばね部材を用いたトルクリミッタにおいて、少ない部品点数でコンパクト且つ軽量であるにもかかわらず、設定トルク、つまり、内輪と外輪とが相対回転を開始する回転トルクの所定値を大きくすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題に鑑み、本発明は、ばね部材の基部の外周縁部に軸方向に延びる筒状の補助壁を全周に亘って設けるとともに、補助壁の先端に半径方向に延びる環状のフランジを全周に亘って形成するようにしたものである。即ち、本発明は、
「断面円形の内輪と、前記内輪を囲む環状のばね部材と、前記内輪及びばね部材を収容する外輪とを備え、
前記内輪及びばね部材並びに外輪は共通の中心軸を有し、前記ばね部材は前記外輪に相対回転不能に係合され、
前記ばね部材は環状に形成された薄板状の基部を具備し、前記基部の内周には、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる複数の弾性部が、周方向に間隔をおいて一体的に設けられ、それぞれの前記弾性部の先端は前記内輪の外周面に当接する当接内面を形成しており、さらに、
前記ばね部材の基部の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁が全周に亘って設けられるとともに、前記補助壁の先端には、半径方向に延びる環状のフランジが全周に亘って形成されており、
前記内輪と前記外輪との間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、前記内輪の外周面と前記ばね部材の当接内面との間の摩擦力に抗して、前記内輪と前記外輪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。
【０００８】
本発明の実施形態として「前記ばね部材の基部には、隣接する前記弾性部の中間に、前記基部の内周から半径方向外側に向け矩形状に切り欠かれた係合凹部が形成され、かつ、前記外輪には、軸方向に延びる係合凸部が形成されており、
前記外輪の係合凸部が前記ばね部材の係合凹部に嵌り込んで、前記ばね部材は前記外輪と相対回転不能となる」ように構成することが好ましい。
また、本発明の実施形態として「前記外輪内には、複数の前記ばね部材が軸方向に並列して設置される」ように構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のトルクリミッタは、断面円形の内輪と、内輪を囲む環状のばね部材と、内輪及びばね部材を収容する外輪とを備えており、内輪及びばね部材並びに外輪は共通の中心軸を有し、ばね部材は外輪に相対回転不能に係合されている。ばね部材は環状に形成された薄板状の基部を具備し、基部の内周には、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる複数の弾性部が、周方向に間隔をおいて一体的に設けられ、それぞれの弾性部の先端には内輪の外周面に当接する当接内面が形成されている。
そして、ばね部材の基部の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁が全周に亘って設けられるとともに、補助壁の先端には、半径方向に延びる環状のフランジが全周に亘って形成されている。このトルクリミッタは、内輪と外輪との間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、内輪の外周面とばね部材の当接内面との間の摩擦力に抗して、内輪と外輪とが相対的に回転する。
【００１０】
このように、本発明のトルクリミッタにあっては、ばね部材の基部の外周縁部に、軸方向に延びる筒状の補助壁が全周に亘って設けられるとともに、補助壁の先端に、半径方向に延びる環状のフランジが全周に亘って形成されており、ばね部材の基部は周方向に捩じられる力に対して充分に補強されている。従って、本発明のトルクリミッタにあっては、薄板状のばね部材の基部の剛性が向上し、内輪と外輪との間に働く摩擦力により大きなねじり力が作用したとしても、薄板状の基部が撓んだり、撓みによって摩擦力に変動が生じることはない。そのため、設定トルクの値が大きなトルクリミッタを、少ない部品点数でコンパクト且つ軽量に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のトルクリミッタの実施例の全体的な構造を示す図である。
【図２】図１に示すトルクリミッタの分解斜視図である。
【図３】図１に示すトルクリミッタの外輪を示す図である。
【図４】図１に示すトルクリミッタのシールド部材を示す図である。
【図５】図１に示すトルクリミッタの内輪を示す図である。
【図６】図１に示すトルクリミッタのばね部材を示す図である。
【図７】従来の摩擦式のトルクリミッタの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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実施例の全体的な構造を示す図を示し、図２には、分解斜視図、図３乃至図６には、主要構成部品の単品図を示す。
【００１３】
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、内輪２と、この内輪２を囲む環状のばね部材４と、内輪２及びばね部材４を収容する外輪８とを備えている。これらの部品は全て共通の中心軸ｏを有する。
【００１４】
図１及び図２と共に図３を参照して説明すると、外輪８は、環状の端板１０と、端板１０の外周縁から軸方向に延びる筒状の側壁１２とから構成されるカップ状部材である。外輪８の断面は全体的に円形であって、その外周面には、外径が局部的に低減されて形成される接続凹部１４が周方向に等角度間隔をおいて６個設けられている。接続凹部１４の夫々は断面が円弧状であって軸方向に延在して設けられており、ここにはモーター等の駆動源によって従動させられる部材又は駆動源のいずれか一方が接続される。端板１０の内側中央領域には、円形の空間部１６が形成されている。空間部１６の外周縁には、端板１０から軸方向に延びる係合凸部１８が周方向に等角度間隔をおいて６個形成されている（つまり、係合凸部１８は径方向中間部に位置している）。係合凸部１８は夫々周方向に延在し、断面は略矩形である。係合凸部１８と側壁１２との間には円環形状の隙間２０が規定されている。外輪８の開口端部、つまり軸方向に見て端板１０と対向する端部、における側壁１２の内周面には、径方向外方に窪んだ係止溝２２が周方向に連続して形成されている。
【００１５】
外輪８の開口端部には、内部を閉鎖するシールド部材２４が配設される。シールド部材２４は、図４に示すとおり、全体的に円環形状の薄板である。シールド部材２４の軸方向片側面には、中央領域を円形に除去してその残留部によって規定される円筒形状の残留外周壁２６が設けられている。シールド部材２４の外周面には径方向外方に突出した係止突条２８が周方向に連続して形成されており、これが係止溝２２に係止することでシールド部材２４は外輪８と組み合わされる。
【００１６】
図１及び図２と共に図５を参照して説明すると、内輪２は全体的に円筒形状であって、その軸方向片端には、一対の円弧壁３０が内周縁に沿って直径方向に間隔をおいて相互に対向して固着されている。一対の円弧壁３０には、モーター等の駆動源によって従動させられる部材又は駆動源のいずれか他方が接続される。
【００１７】
図１及び図２と共に図６を参照して説明すると、ばね部材４は全体的に円環形状であって、環状に形成された薄板状の基部３２を有する。基部３２の内周には、基部３２の内周から半径方向外側に向け略矩形状に切り欠かれた係合凹部３４と、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる弾性部３６とが周方向に間隔をおいて形成されている。図６のＢ部拡大図を参照することによって理解されるとおり、弾性部３６は基部３２の内周縁から半径方向内側に向かって略４５度の角度で傾斜して軸方向に延びた後、軸方向に向かって直線状に延びており、弾性部３６の先端には当接内面３８が規定されている。図示の実施例においては、係合凹部３４と弾性部３６は周方向に交互に等角度間隔をおいて６個ずつ設けられている。所望ならば、弾性部３６及び係合凹部３４の数は適宜変更してもよい。
【００１８】
ばね部材４の基部３２の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁４０が全周に亘って設けられるとともに、補助壁４０の先端には、半径方向に延びる環状のフランジ４２が全周に亘って形成されていることが重要である。図示の実施例においては、補助壁４０は基部３２の外周縁から軸方向に延びる円筒形状であり、基部３２に対して実質上垂直である。フランジ４２は補助壁４０の延出端から径方向外方に拡径する薄板円環形状であり、補助壁４０に対して実質上垂直であると共に基部３２に対して実質上平行である。
【００１９】
主に図１及び図２を参照して説明を続けると、上記した各構成部品が組み合わされると以下のようになる。
ばね部材４は外輪８の内部において、係合凹部３４が係合凸部１８に嵌り込んで、外輪８と相対回転不能に組み合わされる。このとき、基部３２は外輪８の隙間２０に嵌り込み（図３の左図を参照されたい）、フランジ４２が端板１０及び側壁１２と当接する。図示の実施例においては、２つのばね部材４が軸方向に並列して設置されている。内輪２は外輪８の内部において、軸方向他端部が空間部１６に嵌り込むと共に外周面がばね部材４の当接内面３８に当接した状態で組み合わされる。このとき、当接内面３８と内輪２の外周面との間では、弾性部３６の弾性に基づいて当接内面３８が内輪２の外周面に密着され、両者の間には所定の摩擦力（密着力）が生ずることとなる。外輪８の内部には断面矩形で円環形状のスペーサー６も配置されている。スペーサー６がばね部材４の基部３２とシールド部材２４の残留外周壁２６によって軸方向に挟み込まれた状態で、シールド部材２４は外輪８と組み合わされる。シールド部材２４が外輪８と組み合わされると、外輪８の内部において内輪２及びばね部材４の軸方向への移動が規制される。
【００２０】
図示の実施例においては、ばね部材４と外輪８とを相対回転不能な状態で組み合わせるのに、ばね部材４の内周縁に形成された係合凹部３４を外輪８の端板１０の径方向中間部に形成された係合凸部１８に嵌め合わせている。このようにすることで、装置全体の径を小さくすることが可能となる。ばね部材４の外周縁に係合凹部を形成するとともに外輪８の側壁１２の内周面に係合凸部を形成することも考えられるが、係合凹部をばね部材４の外周縁に形成しようとすると、フランジ４２又はこれと共に基部３２の径方向幅を大きくする必要があるためである。
【００２１】
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と外輪８とを相対的に回転させるトルクが所定値以下であれば、外輪８に係合されたばね部材４の当接内面３８と内輪２の外周面との間の摩擦力（密着力）により、内輪２は外輪８に対して回転しない。従って、駆動源からの回転トルクが従動部材に伝達されて、従動部材が回転駆動する。一方、内輪２と外輪８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、外輪８と相対回転不能に係合されたばね部材４の当接内面３８と内輪２の外周面との間の摩擦力（密着力）に打ち勝ち、内輪２が外輪８に対して回転する。従って、駆動源からの回転トルクは従動部材に伝達されない。
【００２２】
本発明のトルクリミッタにあっては、ばね部材４の基部３２の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁４０が全周に亘って設けられるとともに、補助壁４０の先端には、半径方向に延びる環状のフランジ４２が全周に亘って形成されており、ばね部材４の基部３２は周方向に捩じられる力に対して充分に補強されている。従って、本発明のトルクリミッタにあっては、薄板状のばね部材４の基部３２の剛性が向上し、内輪２と外輪８との間に働く摩擦力により大きなねじり力が作用したとしても、薄板状の基部３２が撓んだり、撓みによって摩擦力に変動が生じることはない。そのため、設定トルクの値が大きなトルクリミッタを、少ない部品点数でコンパクト且つ軽量に設計することができる。
【００２３】
以上、本発明のトルクリミッタの好適実施形態について詳述した。上記の実施形態においては、外輪の内部にスペーサーを配置したが、これを除去して、シールド部材の残留外周壁によってばね部材を軸方向に支持するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
２：内輪
４：ばね部材
６：スペーサー
８：外輪
１８：係合凸部
３２：基部
３４：係合凹部
３８：当接内面
４０：補助壁
４２：フランジ
【図１】
2019199912.tif 000003
【図２】
2019199912.tif 000004
【図３】
2019199912.tif 000005
【図４】
2019199912.tif 000006
【図５】
2019199912.tif 000007
【図６】
2019199912.tif 000008
【図７】
2019199912.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月2日(2019.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の内輪と、前記内輪を囲む環状のばね部材と、前記内輪及びばね部材を収容する外輪とを備え、
前記内輪及びばね部材並びに外輪は共通の中心軸を有し、前記ばね部材は前記外輪に相対回転不能に係合され、
前記ばね部材は環状に形成された薄板状の基部を具備し、前記基部の内周には、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる複数の弾性部が、周方向に間隔をおいて一体的に設けられ、それぞれの前記弾性部の先端は前記内輪の外周面に当接する当接内面を形成しており、さらに、
前記ばね部材の基部には、隣接する前記弾性部の中間に、前記基部の内周から半径方向外側に向け矩形状に切り欠かれた係合凹部が形成され、かつ、前記外輪には、軸方向に延びる係合凸部が形成され、前記外輪の係合凸部が前記ばね部材の係合凹部に嵌り込んで、前記ばね部材は前記外輪と相対回転不能となっており、
前記ばね部材の基部の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁が全周に亘って設けられるとともに、前記補助壁の先端には、半径方向に延びる環状のフランジが全周に亘って形成されており、
前記内輪と前記外輪との間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、前記内輪の外周面と前記ばね部材の当接内面との間の摩擦力に抗して、前記内輪と前記外輪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。
【請求項２】
前記外輪内には、複数の前記ばね部材が軸方向に直列して設置される、請求項１に記載のトルクリミッタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の課題に鑑み、本発明は、ばね部材の基部の外周縁部に軸方向に延びる筒状の補助壁を全周に亘って設けるとともに、補助壁の先端に半径方向に延びる環状のフランジを全周に亘って形成するようにしたものである。即ち、本発明は、
「断面円形の内輪と、前記内輪を囲む環状のばね部材と、前記内輪及びばね部材を収容する外輪とを備え、
前記内輪及びばね部材並びに外輪は共通の中心軸を有し、前記ばね部材は前記外輪に相対回転不能に係合され、
前記ばね部材は環状に形成された薄板状の基部を具備し、前記基部の内周には、半径方向内側に向かって傾斜して軸方向に延びる複数の弾性部が、周方向に間隔をおいて一体的に設けられ、それぞれの前記弾性部の先端は前記内輪の外周面に当接する当接内面を形成しており、さらに、
前記ばね部材の基部には、隣接する前記弾性部の中間に、前記基部の内周から半径方向外側に向け矩形状に切り欠かれた係合凹部が形成され、かつ、前記外輪には、軸方向に延びる係合凸部が形成され、前記外輪の係合凸部が前記ばね部材の係合凹部に嵌り込んで、前記ばね部材は前記外輪と相対回転不能となっており、
前記ばね部材の基部の外周縁部には、軸方向に延びる筒状の補助壁が全周に亘って設けられるとともに、前記補助壁の先端には、半径方向に延びる環状のフランジが全周に亘って形成されており、
前記内輪と前記外輪との間に所定値以上の回転トルクが付加されたときは、前記内輪の外周面と前記ばね部材の当接内面との間の摩擦力に抗して、前記内輪と前記外輪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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の実施形態として「前記外輪内には、複数の前記ばね部材が軸方向に直列して設置される」ように構成することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
主に図１及び図２を参照して説明を続けると、上記した各構成部品が組み合わされると以下のようになる。
ばね部材４は外輪８の内部において、係合凹部３４が係合凸部１８に嵌り込んで、外輪８と相対回転不能に組み合わされる。このとき、基部３２は外輪８の隙間２０に嵌り込み（図３の左図を参照されたい）、フランジ４２が端板１０及び側壁１２と当接する。図示の実施例においては、２つのばね部材４が軸方向に直列して設置されている。内輪２は外輪８の内部において、軸方向他端部が空間部１６に嵌り込むと共に外周面がばね部材４の当接内面３８に当接した状態で組み合わされる。このとき、当接内面３８と内輪２の外周面との間では、弾性部３６の弾性に基づいて当接内面３８が内輪２の外周面に密着され、両者の間には所定の摩擦力（密着力）が生ずることとなる。外輪８の内部には断面矩形で円環形状のスペーサー６も配置されている。スペーサー６がばね部材４の基部３２とシールド部材２４の残留外周壁２６によって軸方向に挟み込まれた状態で、シールド部材２４は外輪８と組み合わされる。シールド部材２４が外輪８と組み合わされると、外輪８の内部において内輪２及びばね部材４の軸方向への移動が規制される。