JP2018194092A - 双方向トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】内輪部材の外周面に固定されている双方向コイルバネの状態を安定化させ、安定した制限トルクが得られる双方向トルクリミッタを提供する。
【解決手段】双方向トルクリミッタ１は、直線状に延出する一端部と、この一端部と反対方向に直線状に延出する他端部とを備えた双方向コイルバネ７０を外周面に固定した内輪部材１０と、内輪部材１０の径方向外側を覆うように内輪部材と係合するとともに、双方向コイルバネ７０の径方向の膨らみをガイドするガイド面３７ａ，３８ａと、双方向コイルバネ７０の両端部を固定する固定部３５ａ，３５ｂとが形成された外輪部材３０と、内輪部材１０と外輪部材３０との係合部分に配設され、双方向コイルバネ７０のガイド面への乗り上げを阻止する環状溝１２ａが形成されたフランジ１２と、を有する。
【選択図】 図６

Description

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。

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、回転軸と共に一体回転する内輪部材と、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）とを備えたものが知られている。

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２，３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、内輪部材に締まり嵌めされるバネ部材の両端を屈曲してフック部を形成し（このようなバネ部材を、双方向コイルバネとも称する）、この屈曲されたフック部を外輪部材の内面に形成された切欠凹所に係止させるようにしている。

特開２０１４−１４５３８０号 特許第３３１５６０３号 特開２０００−１９５９７号

上記した双方向トルクリミッタは、外輪部材と内輪部材が円筒形状を成しており、両者の間に双方向コイルバネ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）。すなわち、内輪部材の円周壁に固定されている双方向コイルバネの締め付け力が強い状態では、内輪部材又は外輪部材がいずれの方向に回転しても、内輪部材と外輪部材は、一体回転することが可能（動力伝達はＯＮ状態）となるが、双方向コイルバネの締め付け力よりも強い回転トルクが発生する（所定の回転トルクを超える）と、双方向コイルバネは、その端部からの回転力によって径方向に膨らむ状態（緩む状態）となり、内輪部材の円周壁とそこに固定されている双方向コイルバネ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。このため、外輪部材の内面には、双方向コイルバネが膨らんだ際、それをガイドするガイド面が形成されている。

ところで、双方向ルクリミッタが配設される機器（コピー機等）が小型化すると、双方向トルクリミッタも軸方向の薄肉厚化及び低トルク型が必要となり、このような双方向トルクリミッタでは、双方向コイルバネも細径のものが用いられるようになる。双方向トルクリミッタは、正転・逆転時のリミッター動作ごとに、双方向コイルバネに大きな負荷が作用するのであり、特に、端部では負荷が大きく、それを径方向に拡げようとするとともに、双方向コイルバネ自体も軸方向に上昇・下降の変化を繰り返すようになる。

そして、このような状態では、特に、外輪部材の開口端側において、双方向コイルバネは径方向外側に膨らみ易く、内輪部材の外周面から外れて外輪部材のガイド面を乗り越えてしまい、そのまま外輪部材との当接部分に入り込む等、双方向コイルバネの状態が安定しなくなり、制限トルクの発生も不安定になる可能性がある。

本発明は、上記した問題に基づいて成されたものであり、内輪部材の外周面に固定されている双方向コイルバネの状態を安定化させ、安定した制限トルクが得られる双方向トルクリミッタを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明に係る双方向トルクリミッタは、直線状に延出する一端部と、この一端部と反対方向に直線状に延出する他端部とを備えた双方向コイルバネを外周面に固定した内輪部材と、前記内輪部材の径方向外側を覆うように前記内輪部材と係合するとともに、前記双方向コイルバネの径方向の膨らみをガイドするガイド面と、前記双方向コイルバネの両端部を固定する固定部とが形成された外輪部材と、前記内輪部材と外輪部材との係合部分に配設され、前記双方向コイルバネの前記ガイド面への乗り上げを阻止する外れ防止構造と、を有することを特徴とする。

上記した構成の双方向トルクリミッタでは、内輪部材に対して双方向コイルバネが締まり嵌め固定される。この双方向コイルバネは、一端部から他端部に向けて多数巻、リング状に巻回されたものであり、軸方向から見た場合、一端部側と他端部側が直線状に延出する構成となっている。この内輪部材は、外輪部材に対して、軸方向から挿入されて一体化され、一体化した状態では、双方向コイルバネは、外輪部材に形成されたガイド面によってその膨らみがガイドされて所定の制限トルクが発生する。このような構成において、両者が一体化した状態では、内輪部材と外輪部材との係合部分に、双方向コイルバネのガイド面への乗り上げを阻止する外れ防止構造が設けられているため、動作時において、双方向コイルバネの挙動が安定し、安定した制限トルクを発生することが可能となる。

本発明によれば、内輪部材の外周面に固定されている双方向コイルバネの状態を安定化させ、安定した制限トルクが得られる双方向トルクリミッタが得られる。

本発明の双方向トルクリミッタの一実施形態を示す図であり、（Ａ）は全体構成を示す分解斜視図、（Ｂ）は双方向コイルバネを軸方向から見た図。 内輪部材の構成を示す図であり、（Ａ）は裏面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図。 内輪部材の構成を示す図であり、（Ａ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（Ｂ）は斜視図。 外輪部材の構成を示す図であり、（Ａ）は裏面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図。 外輪部材の構成を示す図であり、（Ａ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（Ｂ）は斜視図。 双方向コイルバネを組み込んだ状態を示す図であり、（Ａ）は裏面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、（Ｃ）は図（Ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図。

以下、本発明に係る双方向トルクリミッタの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は双方向トルクリミッタの全体構成を示した分解斜視図、図１（Ｂ）は双方向コイルバネを軸方向から見た図である。図に示すように、本実施形態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３０と、内輪部材１０の円周壁１０ｂの外周面１０ａに締まり嵌め固定される双方向コイルバネ７０と、を備えている。

前記双方向コイルバネ７０は、一端部７０ａから他端部７０ｂに向けて多数巻、リング状に巻回されており、軸方向から見た場合、一端部７０ａが直線状に延出するとともに、他端部７０ｂが一端部と反対方向に向けて直線状に延出しており、相互に略直線状に離反した構成となっている。このような双方向コイルバネ７０は、内輪部材１０を外輪部材３０内に組み込むと、後述するように、両端部７０ａ，７０ｂの夫々が外輪部材３０の内面３０ｃに形成された係合凹所３５ａ，３５ｂの内面に当て付けられて外輪部材３０に対して固定される。なお、双方向コイルバネは、右巻き・左巻きのいずれであっても良い。

前記双方向コイルバネ７０は、内輪部材１０又は外輪部材３０から所定の回転トルク（矢印Ｄ１，Ｄ２のいずれの方向の回転に伴う回転トルク）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、双方向コイルバネ７０の締め付け力が強い状態では、内輪部材１０又は外輪部材３０が矢印Ｄ１，Ｄ２のいずれの方向に回転しても、内輪部材１０と外輪部材３０は、一体回転することが可能（動力伝達はＯＮ状態）となるが、双方向コイルバネ７０の締め付け力よりも強い回転トルクが発生する（所定の回転トルクを超える）と、双方向コイルバネ７０は、その端部からの回転力によって径方向に膨らむ状態（緩む状態）となり、内輪部材１０の外周面１０ａとそこに装着されている双方向コイルバネ７０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、このような双方向トルクリミッタ１は、いずれの回転方向でも、その回転力が小さい場合は常に動力伝達状態となり、回転力が双方向コイルバネ７０の締め付け力（設定トルク）を超えると、内輪部材１０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。このため、動力伝達をＯＦＦにするトルクについては、双方向コイルバネ７０の緊締力によって調整可能である。

前記内輪部材１０の構成について、図２及び図３を参照して説明する。
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に駆動軸（図示せず）が挿通される。駆動軸には、軸方向と直交する方向に係止ピン８０（図６（Ｂ）参照）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、駆動軸の回転駆動と共に内輪部材１０が回転駆動されて、その回転駆動力は外輪部材側に伝達される。

前記内輪部材１０は、円周壁１０ｂを備えており、その表面（外周面１０ａ）に、前記双方向コイルバネ７０が締まり嵌め固定される。前記円周壁１０ｂには、フランジ１２が一体形成されており、円周壁の表面に固定される双方向コイルバネ７０の移動を規制している。このフランジ１２には、双方向コイルバネが固定される側に環状の凹溝（環状溝）１２ａが形成されており、その径方向内側には、成型時の肉逃用に、リブ１２ｃを介して円弧状の凹溝１２ｂが形成されている。また、環状の凹溝１２ａよりも径方向内側は、多少肉厚に形成されており、双方向コイルバネ７０が軸方向に変位しても、その端面が肉厚の端面（規制面）１２ｄに当て付いて径方向に膨らみ難くしている。なお、環状溝１２ａ及び端面１２ｄの機能（双方向コイルバネのガイド面への乗り上げを阻止する機能；外れ防止構造）については後述する。

前記外輪部材３０の構成について、図４及び図５を参照して説明する。
外輪部材３０は、キャップ状に形成されており、天板壁３０ａ、及び、内輪部材１０の円周壁１０ｂを覆う円周壁３０ｂを備えている。前記天板壁３０ａには、その中央領域に前記内輪部材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（図６（Ｂ）参照）。前記天板壁３０ａには、軸方向外方に向けて、直径方向に沿うように突起３２が形成されており、この突起３２に駆動部材（図示せず）が係合できるように構成されている。すなわち、本実施形態の双方向トルクリミッタ１は、内輪部材１０に形成された切欠凹部１１に駆動軸の係止ピン８０（図６（Ｂ）参照）が係合することで、内輪部材側から外輪部材側に駆動力が伝達可能であり、また、外輪部材３０に形成された突起３２に駆動部材（図示せず）が係合することで、外輪部材側から内輪部材側に駆動力が伝達可能に構成されている。

前記外輪部材３０の円周壁３０ｂの内面には、内輪部材１０が挿入された際、内輪部材の外周面１０ａに巻回された双方向コイルバネ７０が固定されるように構成されている。
以下、外輪部材３０の内面の構成について説明する。

外輪部材３０の円周壁３０ｂの内面３０ｃには、内輪部材１０を軸方向から挿入した状態で、双方向コイルバネ７０の径方向の変形を防止するように軸方向に延出するガイド面が複数個所形成されている。この場合、ガイド面は、双方向コイルバネ７０が３６０°全周に亘って当接できるように構成されるのが好ましいが、型による成型性・型抜き、熱ヒケ等を考慮すると、全面に亘って形成することは困難であり、周方向に沿って切欠きを形成して、できるだけ当接領域が多くなるように構成されている。具体的に、本実施形態のガイド面は、軸方向に延びた一対の円弧状の湾曲面（ガイド面又は当接壁とも称する）３７ａ，３８ａが直径方向で対向するように２箇所形成されており（図４（Ａ）では上下の２箇所）、周方向に沿って、合計４箇所の円弧状のガイド面３７ａ，３８ａが周方向に沿って形成されている。更に、内面３０ｃには、所定間隔をおいて軸方向に延出する断面略半円形状のガイド面３９ａ，４０ａを具備した一対のガイド壁３９，４０が前記直径方向と直交する方向（図４（Ａ）では左右の２箇所）で対向するように２箇所形成されている（合計４箇所のガイド壁３９，４０が形成されている）。

この結果、内輪部材１０の外周面１０ａに固定された双方向コイルバネ７０は、周方向に沿って、４箇所形成された円弧状のガイド面３７ａ，３８ａで面当たりするとともに、４箇所形成されたガイド面３９ａ，４０ａで点当たりすることで径方向の変形が防止されるようになっている。この場合、ガイド面３７ａ，３８ａ及び３９ａ，４０ａは、中心軸Ｃを中心として、点対称となるように配設されており、双方向コイルバネ７０の変形をバランスよく押え付けて安定した制限トルクが発生できるようになっている。

前記ガイド面３７ａ，３８ａは、それぞれ連結リブ４３を介して内面３０ｃに対して一体形成されている。また、前記連結リブ４３の表面及び裏面には、成型時の熱ヒケや型の抜き性を考慮して、軸方向両側に凹所４３ａが形成されている。

上記したように、内輪部材１０を外輪部材３０内に挿入、固定するに際しては、内輪部材１０の外周面１０ａに巻回された双方向コイルバネ７０の両端部７０ａ，７０ｂを係合状態に保持する必要があり、外輪部材３０には、両端部７０ａ，７０ｂが入り込んで双方向コイルバネ７０を固定する固定部（係合凹所）３５ａ，３５ｂが設けられている。本実施形態では、係合凹所３５ａ，３５ｂは、上記した円弧状のガイド面（当接壁）を利用して、その端部に形成されており、図４（Ａ）に示すように、ガイド面３７ａ，３８ａの側面と、これを内面３０ｃに連結する連結壁４３の側面を、両端部７０ａ，７０ｂの延出方向に沿って面一状にすることで形成されている。

この結果、内輪部材１０と外輪部材３０の組み付け作業時においては、双方向コイルバネ７０の一端部７０ａをガイド面３８ａの側面の係合凹所３５ａに位置合わせしながら内輪部材１０を外輪部材３０に挿入すると、最終的な組み付け時には、他端部７０ｂがガイド面３７ａの側面の係合凹所３５ｂに入り込んで双方向コイルバネ７０は外輪部材３０に対して固定された状態となる。

なお、外輪部材３０の内面３０ｃには、係合凹所３５ａ，３５ｂが形成される位置に応じて、内側に抉るようにして切欠部３０ｅを形成しておくことが好ましい。このような切欠部３０ｅを形成しておくことにより、内輪部材の挿入時に、双方向コイルバネの端部７０ａ，７０ｂが内面３０ｃに干渉することが無くなり、挿入作業をスムースに行なうことが可能となる。また、内輪部材１０の挿入作業時において、作業者が適切な挿入位置を目視できるように、外輪部材３０の開口端縁にマーキング４７を付与しておくことが好ましい。

本実施形態の外輪部材３０は、内面３０ｃに形成されているガイド面３７ａ，３８ａ及び３９ａ，４０ａは、中心軸Ｃを中心として、点対称となるように配設されていることから、係合凹所３５ａ，３５ｂが形成される位置と対向する位置にも、同様な凹所３５ａ´，３５ｂ´が形成されてしまう。前記マーキング４７を付したことにより、ある程度の誤挿入は防止できるものの、マーキング４７は小さいことから見え難く、誤って凹所３５ｂ´に端部７０ａを挿入しようとするケースがあり得る。

このため、本実施形態では、このような誤挿入が防止できるように、凹所３５ａ´，３５ｂ´への双方向コイルバネの端部７０ａ，７０ｂの挿入ができないように規制部を設けている。具体的に本実施形態では、円弧状のガイド面（当接壁）３７ａ，３８ａを利用して係合凹所３５ａ，３５ｂを形成していることから、ガイド面３７ａ，３８ａの端部を突出させることで規制部５０を形成しており、この規制部５０によって、双方向コイルバネ７０の端部７０ａ，７０ｂの端部が差し込めないようにしている。

すなわち、規制部５０は、双方向コイルバネの端部の侵入方向に干渉する（挿入を阻止する）ように形成されており、これにより、内輪部材１０を外輪部材３０に挿入して両者を一体的に組み付ける際、誤挿入を確実に防止することが可能となる。

また、前記外輪部材３０の天板壁３０ａの裏面には、係合凹所３５ａ，３５ｂと対向する側に軸方向に突出する突起５４を形成しておくことが好ましい。突起５４は、内輪部材１０を外輪部材３０に組み込んで一体化した場合、双方向コイルバネ７０に当て付くように形成されており、螺旋状に巻回されている双方向コイルバネ７０の露出面に当て付くことで、双方向コイルバネ７０の座りを良くする機能を果たす。具体的には、巻回される双方向コイルバネ７０のバネ径の半分程度を持ち上げる厚さがあればよく、これにより、内輪部材に巻回される双方向コイルバネ７０の状態が安定し、安定した制限トルクを発生させることができる。

また、前記外輪部材３０の開口端には、径方向内側に突出する係止突起５６が形成されている。この係止突起５６は、内輪部材１０を外輪部材３０に挿入し、両者が所定位置になったときに内輪部材１０の軸方向の移動を規制するために設けられるものであり、内輪部材１０に形成されたフランジ１２の外周縁１２ｅと係合することで、内輪部材１０は外輪部材３０に対して、位置決めされた状態で抜け止め固定される（図３，図６（Ｂ）参照）。

本発明では、内輪部材１０を外輪部材に組み付けた状態において、双方向コイルバネ７０が内輪部材１０から外れないように構成している。特に、双方向ルクリミッタが配設される機器（コピー機等）の小型化により、双方向トルクリミッタも軸方向の薄肉厚化、低トルク型（例えば、制限トルクが４００ｇ・ｃｍ以下）が要求されており、このような双方向トルクリミッタでは、巻回される双方向コイルバネも細径のものが用いられるようになる。

双方向トルクリミッタは、正転・逆転時のリミッター動作ごとに、双方向コイルバネには大きな負荷が作用するのであり、特に、端部では負荷が大きく、それを径方向に拡げようとするとともに、双方向コイルバネ自体も軸方向に上昇・下降の変化を繰り返すようになる。このような状態において、線径が細い双方向コイルバネは、係止側（係止突起５６側）で、内輪部材１０の外周面から外れて外輪部材３０のガイド面３７ａ，３８ａを乗り越えてしまい、そのまま外輪部材との当接部分に入り込む等、双方向コイルバネ７０の状態が安定しなくなり、制限トルクの発生も不安定になる可能性がある。

このため、双方向コイルバネ７０の外れ防止構造を設けており、双方向コイルバネ７０が内輪部材１０の外周面１０ａから外れないように構成されている。
以下、本実施形態の外れ防止構造について具体的に説明する。

図２及び図３に示したように、内輪部材１０の外周面１０ａには、フランジ１２が一体形成されており、円周壁１０ｂの表面に固定される双方向コイルバネ７０の移動を規制している。このフランジ１２には、双方向コイルバネ７０が巻回される面側に環状溝１２ａが形成されている。また、上記したように、外輪部材３０の内面３０ｃには、連結リブ４３を介して円弧状のガイド面（当接壁）３７ａ，３８ａが一体形成されている。

そして、前記ガイド面（当接壁）３７ａ，３８ａの係止突起５６側の端面６０は、連結リブ４３の係止突起５６側の端面６１よりも高くなるように形成されており（図５参照）、高くなった部分のガイド面３７ａ，３８ａが前記環状溝１２ａに嵌まり込むように構成されている（図６（Ｂ）参照）。この結果、内輪部材１０を外輪部材３０に組み付けて両者が係止突起５６によって固定状態になると、周方向に沿って形成されている外輪部材のガイド面３７ａ，３８ａが内輪部材のフランジ１２に形成されている環状溝１２ａに嵌まり込んで固定されることから、図６（Ｂ）に示すように、ガイド面３７ａ，３８ａの内側に巻回されている双方向コイルバネ７０は、環状溝１２ａの径方向内側の規制面１２ｄによって軸方向の移動が規制されるとともに、ガイド面３７ａ，３８ａの端縁側が環状溝１２ａに入り込んだ状態となるため、ガイド面３７ａ，３８ａを乗り越える（外れる）ことができなくなり、動作状態では、常に安定した制限トルクを発生させることが可能となる。

なお、このような外れ防止構造については、双方向コイルバネ７０を案内する外輪部材側の当接壁（ガイド面）の端面において、双方向コイルバネ７０の端部が乗り上げないように、内輪部材１０との間で係合関係が構築されていれば良く、その構成については適宜変形することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形することが可能である。例えば、外輪部材３０に形成される当接壁（ガイド面）の内輪部材に対する係合構造については、環状の凹溝以外にも、円弧状の溝にする等、適宜変形することができる。

１ 双方向トルクリミッタ
１０ 内輪部材
１２ フランジ
１２ａ 環状溝
３０ 外輪部材
３５ａ，３５ｂ 固定部（係合凹所）
３７ａ，３８ａ ガイド面
４３ 連結リブ
７０ 双方向コイルバネ

Claims (3)

1. 直線状に延出する一端部と、この一端部と反対方向に直線状に延出する他端部とを備えた双方向コイルバネを外周面に固定した内輪部材と、
   前記内輪部材の径方向外側を覆うように前記内輪部材と係合するとともに、前記双方向コイルバネの径方向の膨らみをガイドするガイド面と、前記双方向コイルバネの両端部を固定する固定部とが形成された外輪部材と、
   前記内輪部材と外輪部材との係合部分に配設され、前記双方向コイルバネの前記ガイド面への乗り上げを阻止する外れ防止構造と、
   を有することを特徴とする双方向トルクリミッタ。
2. 前記外れ防止構造は、前記内輪部材の外周面に設けられ、前記外輪部材のガイド面を具備するガイド壁の端縁を嵌合させる環状溝が形成されたフランジを有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。
3. 前記フランジには、前記環状溝の径方向内側が、軸方向に肉厚となって双方向コイルバネの軸方向の変位を規制する規制面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の双方向トルクリミッタ。