JP5637779B2 - トルクリミッタ - Google Patents

Description

本発明は、トルクリミッタに関するものであり、例えば、電動開閉式トイレの便座や、ブラインド昇降装置等において、モータやブラインド昇降操作部材等に過大な操作力がかかるのを保護する部分等に利用される。

此種のトルクリミッタとして、外周面に凸条を備える内軸と、外周壁に設けたスリットに第一のニードルローラ備える中空円筒状の外軸と、外軸の外周面に設けられるばね手段とからなり、内軸と外軸は相対的に回転可能で、内軸と外軸の一方が回転すると、凸条と第一のニードルローラとが係合することにより内軸と外軸の他方に回転トルクが伝達され、ばね手段の付勢力は、一方の軸に過剰なトルクが作用すると、凸条とニードルローラの一方が他方を乗り越えることを許容するように設定されており、過剰トルクが他方の軸へ伝達されないようにしたものが従来知られている。（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−８９３７６号公報

従来の此種のトルクリミッタは、ニードルローラを押圧するばね手段として、リング状のばね手段を用いている。そのため、外軸と内軸との間の比較的小さなスペースに大径なリング状のばねを配置することができ、コンパクトな構成にもかかわらず、大きな設定トルクが得られるという利点が存する。しかるに従来のトルクリミッタは、この利点があるにもかかわらず、ニードルローラの係止に凸条を用いた構成のため、ニードルローラと凸条との間隔分回転方向に遊びが発生してしてしまう。このことから回転方向が変わったとき、すぐにトルクリミッタとしての機能を果たすことができず、このことが、リング状のバネ部材を用いたトルクリミッタの商品価値を損ねている。
本発明の主たる目的は、リング状のバネ部材を用いた構成の特長を生かして少ないスペースで大きなトルクが得られるようにするとともに、上記遊びの問題を解消して商品価値の高いトルクリミッタを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、
外側部材と、
前記外側部材の内径部に挿入され、該外側部材に対して相対回転自在な内側部材と、
前記内側部材の外径部と外側部材の内径部との間に介在し、前記内側部材と外側部材とのいずれか一方に回転方向に位置規制された円形断面部材と、前記内側部材と外側部材とのいずれか他方に形成され、前記円形断面部材を嵌合保持する溝部と、
前記円形断面部材を前記溝部に押圧するリング状のバネ部材と
からなるものである。
また本発明は、前記内側部材と外側部材のいずれか一方に垂直部を設け、該垂直部に所定間隔を存して突出する突起部を設け、該突起部間に前記円形断面部材を配置し、該突起部によって、前記円形断面部材を前記内側部材と外側部材とのいずれか一方に回転方向に位置規制したものである。
また本発明は、前記円形断面部材が丸棒状のニードルローラ若しくはボールであることを特徴とする。
また本発明は、前記リング状のバネ部材がコイルスプリングであることを特徴とする。
また本発明は、前記溝部の凹部が前記円形断面部材の曲面に適合する凹曲面を有していることを特徴とするものである。

本発明は、リング状のバネ部材を用いた構成において、回転方向が変わっても、即時的にトルクリミッタとしての機能を果たすことができる。

トルクリミッタのＢ−Ｂ線断面図である。 トルクリミッタのＡ−Ａ線断面図である。 トルクリミッタの左側面図である。 本発明の他の実施の形態を示すトルクリミッタのＤ−Ｄ線断面図である。 同Ｃ−Ｃ線断面図である。 同左側面図である。 多連式トルクリミッタのＥ−Ｅ線断面図である。 同Ｆ−Ｆ線断面図である。 同左側面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るトルクリミッタの断面図を示している。トルクリミッタは筒状の外側部材（２）と、これに対して相対回転自在な中空の軸体からなる内側部材（４）と、コイルスプリングからなるリング状のバネ部材（６）と、丸棒状の金属製ニードルローラからなる円形断面部材（８）を主要な構成要素としている。

外側部材（２）は、亜鉛ダイキャストから構成され、筒状の本体（２a）の一端部近傍に盤状の垂直部（２ｂ）が形成されている。前記垂直部（２ｂ）の内側面には、本体（２a）の内側に向け、軸方向に複数個の突起部（２ｃ）が本体（２a）の円周方向に所定の間隔を存して突設されている。各突起部（２ｃ）の、内側部材（４）と対向する内周面（２ｄ）の曲率は、前記内側部材（４）の外周面の曲率と略同一に設定され、該内周面（２ｄ）は、内側部材（４）の外周面にこれに対して相対回転自在に当接している。

前記各突起部（２ｃ）の、本体（２ａ）の円周方向に沿った方向の両側面（２e）(２e)は、該円周方向に対して略垂直に形成され、各突起部（２ｃ）の対向する側面（２e）（２e）間（ｄ）に、円形断面部材（８）が、対面する内側部材（４）の外周面に対して接離する方向に移動自在に嵌合配置されている。前記円形断面部材（８）は、その長手方向が本体（２a）の軸方向と平行となるように配置され、該円形断面部材（８）は、本体（２a）の内周面に沿った方向の移動が前記突起部（２ｃ）によって規制されている。

即ち、円形断面部材（８）は、外側部材（２）の回転と連動するように、突起部（２ｃ）（２ｃ）間に配置され、外側部材（２）に位置規制されている。内側部材（４）の外周面には、軸方向に延びる断面円孤状の溝部（１０）が、内側部材（４）の円周方向に所定の間隔を存して、複数条形成されている。本実施形態では、図１から明らかなように、６本の円形断面部材（８）に対してその倍の１２個の溝部（１０）が設けられている。前記溝部（１０）は、円形断面部材（８）の周面に対応する凹曲面を有し、該凹曲面に、円形断面部材（８）が嵌合している。前記溝部（１０）の凹曲面の曲率は、円形断面部材（８）の周面の曲率とほぼ同一に設定されている。

前記突起部（２ｃ）と前記本体（２a）との間には、バネ配置空間（１２）が設けられ、該バネ配置空間（１２）によって、前記各突起部（２ｃ）には、外側部材（２）の内周面と同一曲率のバネ受け面（２ｆ）が形成されている。前記バネ配置空間（１２）に、側面形状がリング（輪）状のバネ部材（６）が嵌合配置され、該バネ部材（６）はその内径部が各突起部（２ｃ）のバネ受け面（２ｆ）と円形断面部材（８）に弾接している。前記バネ部材（６）は本実施形態にあってはコイルスプリングが採用されている。

円形断面部材（８）は、前記バネ部材（６）の縮径方向の弾力によって内側部材（４）方向に加圧され、該弾力によって、前記溝部（１０）に圧接している。外側部材（２）の軸方向の両端にはプラスチック製のキャップ（１６）（１８）が嵌着されている。内側部材（４）の軸の中心には、回り止め（１４）を備える軸穴が形成されており、この軸穴に、モータなどの所要の回転軸が前記回り止め（１４）によって回転不能に差し込まれるように構成されている。

回転軸を通じた内側部材（４）の、外側部材（２）へのトルク伝達、あるいはその逆の、外側部材（２）の、内側部材（４）へのトルク伝達は、円形断面部材（８）と、溝部（１０）との係合によって行うことができ、また、設定トルクの大きさはバネ部材（６）の付勢力、円形断面部材（８）と溝部（１０）の係合深さ等によって決定できる。トルクリミッタは、電動開閉式トイレ便座や、ブラインド昇降装置等に装置され、トイレ便座のモータ及び減速機の保護、ブラインド昇降装置の操作部材に過大な操作力がかかった場合の保護に使用される。その他、本トルクリミッタは、少ないスペースで大きなトルクリミッタが必要なところに装置される。

上記した構成において、内側部材（４）と外側部材（２）間の作用トルクが設定トルクより小さいときは、内側部材（４）と外側部材（２）は、円形断面部材（８）を介して互いに回転方向に連結された状態を保持する。該状態において、各円形断面部材（８）は、対応する溝部（１０）に密嵌し、内側部材（４）と外側部材（２）の相対回転方向の回転力が正逆いずれの方向に変更されても円形断面部材（８）と溝部（１０）との間に遊びが生ずることがなく、回転が伝達される。

内側部材（４）と外側部材（２）間の作用トルクが設定トルクより大きくなり、両者間に過剰トルクが作用すると、円形断面部材（８）は、ばね圧に抗して溝部（１０）から外れて、内側部材（４）の外周面に沿って移動し、内側部材（４）が、外側部材（２）に対して空回りし、あるいは、外側部材（２）が内側部材（４）に対して空回りし、内側部材（４）から外側部材（２）へ伝達される、あるいは外側部材（２）から内側部材（４）へ伝達される過剰トルクが解除される。

上記実施形態では、内側部材（４）側に溝部（１０）を設け、これに、円形断面部材（８）を嵌合配置した構成となっているが、溝部（１０）は、外側部材（２）側に設けるようにしても良い。
次に、溝部（１０）を外側部材（２）側に設けたトルクリミッタの実施形態を、図４乃至図６を参照して説明する。

内側部材（４）の一端近傍には、外方向に突出する盤状の垂直部（４ｂ）が設けられ、該垂直部（４ｂ）に、内側部材（４）の内側に向け、軸方向に、複数個の突起（４ｃ）が、内側部材（４）の円周方向に互いに所定の間隔を存して突設されている。各突起部（４ｃ）の、外側部材（２）と対向する外周面（４ｄ）の曲率は、前記外側部材（２）の内周面の曲率と略同一に設定され該外周面（４ｄ）は、外側部材（２）の内周面に、これに対して相対回転自在に当接している。

前記各突起部（４ｃ）の側面（４e）（４e）間に円形断面部材（８）が、対面する外側部材（２）の内周面に対して接離する方向に移動自在に嵌合配置されている。前記円形断面部材（８）は、内側部材（４）に対して、その外周面（４ｆ）に沿った方向の移動が前記突起部（４ｃ）によって規制されている。外側部材（２）の内周面には、軸方向に延びる断面円孤状の溝部（１０）が外側部材（２）の円周方向に互いに所定の間隔を存して、複数条形成されている。

前記各溝部（１０）の凹曲面にそれぞれ円形断面部材（８）が嵌合している。前記突起部（４ｃ）と内側部材（４）の本体（４ａ）との間には、バネ配置空間（１２）が設けられ、該バネ配置空間（１２）にバネ部材（６）が嵌合配置され、該バネ部材（６）は、その外径部が各突起部（４ｃ）のばね受け面（４ｇ）と円形断面部材（８）に弾接している。各円形断面部材（８）は、前記バネ部材（６）の拡径方向の弾力によって、外側部材（２）方向に加圧され、該加圧弾力によって、前記溝部（１０）に圧接している。他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施形態の構成と同一であり、同一の符号を付して対応関係を明らかにしている。

上記した構成において内側部材（４）と外側部材（２）間の作用トルクが設定トルクより小さいときは、内側部材（４）と外側部材（２）は、円形断面部材（８）を介して、互いに回転方向に連結された状態を保持する。該状態において、溝部（１０）と円形断面部材（８）との嵌合状態即ち係合状態には、正逆どちらの回転力に対しても遊びが存せず、回転が伝達される。

内側部材（４）と外側部材（２）間の作用トルクが設定トルクより大きくなり、両者間に過剰トルクが作用すると円形断面部材（８）は、バネ部材（６）の弾力に抗して、溝部（１０）から外れ、外側部材（２）の内周面（２ｇ）に沿って移動し、内側部材（４）が外側部材（２）に対して空回りし、あるいは外側部材（２）が内側部材（４）に対して空回りし、内側部材（４）から外側部材（２）へ伝達される、あるいは、外側部材（２）から内側部材（４）へ伝達される過剰トルクが解除される。

上記実施形態では、内側部材（４）と外側部材（２）間に単一のバネ部材（６）と、それに対応する複数の円形断面部材（８）から成るトルクリミッタ機構を設けたものであるが、このトルクリミッタ機構を内側部材（４）と外側部材（２）の軸方向に、複数段配設した多連式構成としても良い。図７乃至図９は、２連式のトルクリミッタ機構を有するトルクリミッタの実施形態を示している。

この実施形態では、外側部材（２）の中央に垂直部（２ｂ）が形成され、この垂直部（２ｂ）の左右にバネ部材（６）と円形断面部材（８）を有するトルクリミッタ機構が設けられている。左右の各トルクリミッタ機構の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施形態の構成と同一なので、対応する部分に同一の番号を付し、その説明を省略する。同様に図４乃至図６に示す第２の実施形態のトルクリミッタ機構を多連式構成とすることができる。

尚、上記実施形態において、バネ部材（６）は、コイルばねを用いたが、コイルばねに特に限定されるものではなく筒状又は開放部を有する半割筒状体の板バネを用いても良い。又、円形断面部材（８）は、ニードルローラ以外に鋼球などのボールその他を用いることができる。また、溝部（１０）の断面形状は、円形断面部材（８）の周面の曲率と同一の弧状に特に限定されるものでなく、矩形その他、円形断面部材（８）の周面を受け入れる凹部形状であればどのような形状でも良い。

２ 外側部材
２a 本体
２ｂ 垂直部
２ｃ 突起部
２ｄ 内周面
２e 側面
２ｆ バネ受け面
２ｇ 内周面
４ 内側部材
４ｂ 垂直部
４ｃ 突起部
４ｄ 外周面
４e 側面
４ｆ 外周面
４ｇ バネ受け面
６ バネ部材
８ 円形断面部材
１０ 溝部
１２ バネ配置空間
１４ 回り止め
１６ キャップ
１８ キャップ

Claims (3)

1. 筒状の本体を有する外側部材と、
   前記外側部材の内径部に挿入され、該外側部材に対して相対回転自在な内側部材と、
   前記内側部材の外径部と外側部材の内径部との間に介在し、前記内側部材と外側部材とのいずれか一方に回転方向に位置規制された円形断面部材と、前記内側部材と外側部材とのいずれか他方に形成され、前記円形断面部材を嵌合保持する溝部と、
   前記円形断面部材を前記溝部に押圧するリング状のバネ部材とを備え、
   前記内側部材と外側部材のいずれか一方に垂直部を設け、該垂直部に所定間隔を存して突出する突起部を設け、該突起部間に前記円形断面部材を配置し、該突起部によって、前記円形断面部材を前記内側部材と外側部材とのいずれか一方に回転方向に位置規制し、前記溝部の凹部が前記円形断面部材の曲面に適合し、該曲面と同一の曲率の凹曲面を有し、前記突起部と外側部材の内径部との間にバネ配置空間を設け、該バネ配置空間に前記リング状のバネ部材を嵌合配置し、前記内側部材の軸の中心に回り止めを備える軸穴を形成し、前記各突起部の、前記本体の円周方向に沿った方向の両側面を、該円周方向に対して略垂直に形成し、各突起部の対向する側面間に、前記円形断面部材を、対面する前記内側部材と外側部材のいずれか一方の周面に対して接離する方向に移動自在に嵌合配置したことを特徴とするトルクリミッタ。
2. 前記円形断面部材が丸棒状のニードルローラ若しくはボールであることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 前記リング状のバネ部材がコイルスプリングであることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。

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