JP5475918B1 - トルクヒンジ又はトルクリミッタ - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易構造で単一のコイルばねの縮径及び拡径を適切に利用するトルクヒンジ又はトルクリミッタの提供。
【解決手段】 相対回転可能に配される外筒部材及び内筒部材と、該外筒部材の内周面と該内筒部材の外周面間に配されるコイルばねとを備え、外筒部材の内周面の先端側に同外筒部材の内径を縮小する方向に張り出す第一周面部を形成すると共に、内筒部材の外周面の後端側に同内筒部材の外径を拡大する方向に張り出す第二周面部を形成し、外筒部材の第一周面部内にコイルばねを圧入すると共に該コイルばねの内周部内に内筒部材の第二周面部を圧入し、任意の一方向の外筒部材又は内筒部材の回転トルクを遮断するトルク値を第一周面部とコイルばねの外周部との圧接により設定し、任意の他方向の外筒部材又は内筒部材の回転トルクを遮断するトルク値を第二周面部とコイルばねの内周部との圧接により設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ノートパソコンの蓋部等の開操作時と閉操作時とで異なるトルク値を設定する必要のある開閉機構に用いるトルクヒンジ、又は印刷機構における紙送り装置等の正回転時と逆回転時とで異なるトルク値を設定する必要のある機構に用いるトルクリミッタに関するものであり、特に外筒部材と内筒部材間にコイルばねを介在させたトルクヒンジ又はトルクリミッタに関する。
従来、外筒部材と内筒部材間にコイルばねを介在し、該外筒部材又は内筒部材の回転により上記コイルばねにコイルの巻き方向と同方向又は逆方向の力が加わると縮径又は拡径する作用を利用して上記外筒部材と上記内筒部材の一方から他方への回転トルク伝達を遮断するトルク値、即ち上記外筒部材又は上記内筒部材が空転するトルク値を設定するトルクヒンジ又はトルクリミッタが既知である。
特に任意の一方向の外筒部材又は内筒部材の回転に対する上記トルク値と、任意の他方向の外筒部材又は内筒部材の回転に対する上記トルク値を別々に設定できる双方向トルクリミッタとして下記特許文献１に示すものが開示されている。
下記特許文献１のトルクリミッタにあっては、コイルばねとして右巻きコイル部と左巻きコイル部とを屈曲部を介して連結したコイルばねを用い、内筒部材の外周に一体に形成した収納筒部内に一方のコイル部を収納し該収納筒部の内周面に一方のコイル部の外周部を圧接して上記任意の一方向回転時のトルク値を設定すると共に、外筒部材の内周面に他方のコイル部の外周部を圧接して上記任意の他方向回転時のトルク値を設定する構造となっている。
よって、外筒部材又は内筒部材の回転により上記一方のコイル部が縮径すると、該一方のコイル部と内筒部材に形成された収納筒部内周面との接触圧が低下しトルク伝達が遮断される。又逆回転により上記他方のコイル部が縮径すると、該他方のコイル部と外筒部材内周面との接触圧が低下しトルク伝達が遮断される。
特開平７−２２９５２４号公報
上記特許文献１のトルクリミッタにあっては、既述したように巻き方向が異なる二つのコイル部を有し両コイル部を屈曲部で連結した専用のコイルばねを用いねばならず、コスト高となると共に、上記屈曲部には捩じれ力が加わるため、該屈曲部が破損し易いという問題点を有している。
又内筒部材に収納筒部を形成せねばならず、構造が複雑化する問題点をも有している。
上記特許文献１のトルクリミッタをトルクヒンジとして使用する場合も上記問題点は同様である。
本発明は上記した従来のトルクヒンジ又はトルクリミッタが抱える問題点を有効に解決し、簡易構造で単一のコイルばねの縮径及び拡径を適切に利用するトルクヒンジ又はトルクリミッタを提供する。
要述すると、本発明に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタは、相対回転可能に配される外筒部材及び内筒部材と、該外筒部材の内周面と該内筒部材の外周面間に配されるコイルばねとを備え、上記外筒部材の内周面の先端側に同外筒部材の内径を縮小する方向に張り出す第一周面部を形成すると共に、上記内筒部材の外周面の後端側に同内筒部材の外径を拡大する方向に張り出す第二周面部を形成し、上記外筒部材の第一周面部内に上記コイルばねを圧入すると共に該コイルばねの内周部内に上記内筒部材の第二周面部を圧入する構成を有する。
好ましくは、上記外筒部材内周面に上記第一周面部への上記コイルばねの圧入を案内する第一テーパー面部を形成すると共に、上記内筒部材外周面に上記第二周面部の上記コイルばね内への圧入を案内する第二テーパー面部を形成し、組み立てを容易にする。
又上記コイルばねを上記第一周面部内に圧入する先端から上記第二周面部の圧入を受け入れる後端に向けて漸次縮径するように形成し、上記第一周面部と上記コイルばねの外周部との圧接と、上記第二周面部と上記コイルばねの内周部との圧接を確実なものとする。
本発明に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタによれば、外筒部材に上記第一周面部を形成し、内筒部材に上記第二周面部を形成するだけの簡易構造により、一端から他端まで同一方向にコイルを巻いて形成したコイルばねの縮径又は拡径を有効利用し、適切に双方向のトルク伝達の制御を行うことができる。
又簡易構造であるので、小型化の要求に対し適切に対応し得る。
又上記第一周面部の内径、幅寸法を変えることにより設定するトルク値を容易に変更できる。同様に上記第二周面部の外径、幅寸法を変えることにより設定するトルク値を容易に変更できる。
本発明の実施例１に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタの分解断面図。 同実施例１に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタを組み立てた状態の断面図。 本発明の実施例２に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタの分解断面図。 同実施例２に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタを組み立てた状態の断面図。 （Ａ）は内筒部材が任意の一方向に回転するときのトルク遮断を概示する説明図、（Ｂ）は内筒部材が任意の他方向に回転するときのトルク遮断を概示する説明図。
以下本発明に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタの実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
実施例１に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタは、図１・図２に示すように、基本構造として相対回転可能に配される外筒部材１及び内筒部材２と、該外筒部材１の内周面１ａと該内筒部材２の外周面２ａ間に配されるコイルばね３とを備える構造となっている。
次に各部材の構造について説明すると、まず、外筒部材１は先端（一端）に端板１ｂを有し、該端板１ｂの中央に内筒部材２の先端（一端）を挿入する挿入孔１ｃを形成すると共に、同後端（他端）に蓋部材４と嵌合する嵌合孔１ｄを形成する構造となっている。
又外筒部材１の内周面１ａに同外筒部材１の内径を縮小する方向に張り出す第一周面部５を形成すると共に、該第一周面部５の後端に連続して第一テーパー面部７を形成する構造となっている。即ち上記第一周面部５は上記内周面１ａよりも小径の周面であり、該第一周面部５の後端と上記内周面１ａ間に上記第一テーパー面部７を形成する。後記するように、上記第一テーパー面部７は上記第一周面部５内へのコイルばね３の先端部の圧入を案内し、該圧入により上記第一周面部５はコイルばね３の先端側の外周部３ａと圧接する。
又内筒部材２は貫通孔２ｂを有するパイプ状の部材であり、その外周面２ａに同内筒部材２の外径を拡大する方向に張り出す第二周面部６を形成すると共に、該第二周面部６の先端に連続して第二テーパー面部８を形成する構造となっている。即ち上記第二周面部６は上記外周面２ａよりも大径の周面であり、該第二周面部６の先端と上記外周面２ａ間に上記第二テーパー面部８を形成する。後記するように、上記第二テーパー面部８はコイルばね３の内部への上記第二周面部６の圧入を案内し、該圧入により上記第二周面部６はコイルばね３の後端側の内周部３ｂと圧接する。
又コイルばね３は先端（一端）から後端（他端）まで単一のコイルを同一方向に同径に巻いて形成したものである。又蓋部材４は内筒部材２の後端部を受け入れる受入孔４ａを中央に有する板状部材である。
本実施例に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタは、上記説明した各部材により構成されており、図２に示すように、外筒部材１の第一周面部５内に第一テーパー面部７を利用してコイルばね３の先端部（一端部）を圧入すると共に、該コイルばね３の後端部（他端部）の内周部３ｂ内に内筒部材２の第二周面部６を第二テーパー面部８を利用して圧入し、最後に外筒部材１の嵌合孔１ｄに蓋部材４を嵌合して組み立てる。
よって、外筒部材１又は内筒部材２に負荷が何もかかっていない状態においては、外筒部材１に形成した第一周面部５と、これに対向するコイルばね３の外周部３ａが圧接していると共に、内筒部材２に形成した第二周面部６と、これに対向するコイルばね３の内周部３ｂが圧接している。
外筒部材１と内筒部材２の一方から他方への回転トルクの伝達を遮断するトルク値、即ち伝達可能な最大のトルク値は、上記した外筒部材１の第一周面部５とコイルばね３の外周部３ａとの接触圧、又は、内筒部材２の第二周面部６とコイルばね３の内周部３ｂとの接触圧により設定することができる。
換言すると、任意の一方向の外筒部材１又は内筒部材２の回転トルクを遮断するトルク値（以下、第一トルク値という。）を外筒部材１の第一周面部５とコイルばね３の外周部３ａの圧接による接触圧で設定し、任意の他方向の外筒部材１又は内筒部材２の回転トルクを遮断するトルク値（以下、第二トルク値という。）を内筒部材２の第二周面部６とコイルばね３の内周部３ｂの圧接による接触圧で設定する。
従って、第一周面部５の内径や幅寸法を調整することにより第一トルク値を変動することができると共に、第二周面部６の外径や幅寸法を調整することにより第二トルク値を変動することができる。
ここで、図５に基づき回転トルクの遮断について説明する。尚図５は内筒部材２に負荷が作用し当該内筒部材２が回転する場合を示している。
図５（Ａ）に示すように、内筒部材２をコイルばね３のコイルの巻き方向と同方向（図中の時計回り矢印の方向）に回転させると、コイルばね３は縮径し、コイルばね３の後端側の内周部３ｂと内筒部材２の第二周面部６との接触圧が高まり、コイルばね３は内筒部材２と共に回転する。加えてコイルばね３の先端側の外周部３ａは未だ外筒部材１の第一周面部５に圧接した状態であり、内筒部材２の回転トルクが外筒部材１に伝達される。
そして内筒部材２の回転トルクが第一トルク値で設定したトルク値を超えると、第一周面部５とコイルばね３の外周部３ａとの接触圧が低下して第一周面部５上をコイルばね３の外周部３ａが摺動することとなり、内筒部材２から外筒部材１への回転トルク伝達が遮断され、内筒部材２がコイルばね３と共に外筒部材１内で空転する。
又図５（Ｂ）に示すように、内筒部材２をコイルばね３のコイルの巻き方向と逆方向（図中の反時計回り矢印の方向）に回転させると、コイルばね３は拡径し、コイルばね３の先端側の外周部３ａと外筒部材１の第一周面部５との接触圧が高まり、コイルばね３を介して内筒部材２の回転トルクが外筒部材１に伝達される。このときにはコイルばね３の後端側の内周部３ｂは未だ内筒部材２の第二周面部６に圧接した状態であり、コイルばね３は内筒部材２と共に回転し回転トルクを外筒部材１に伝達する。
そして内筒部材２の回転トルクが第二トルク値で設定したトルク値を超えると、第二周面部６とコイルばね３の内周部３ｂとの接触圧が低下してコイルばね３の内周部３ｂ上を第二周面部６が摺動することとなり、内筒部材２から外筒部材１への回転トルク伝達が遮断され、内筒部材２が外筒部材１内（コイルばね３の内周部３ｂ内）で空転する。
上記の通り、本実施例に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタにあっては、簡易構造にて内筒部材２の双方向の回転におけるトルクの伝達及び遮断を適切に行うことができる。外筒部材１が回転する場合及び外筒部材１と内筒部材２の両方が回転する場合におけるトルクの伝達及び遮断については、既述した内筒部材１が回転する場合と同様であるので、既述した説明を援用する。
実施例２に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタは、図３・図４に示すように、基本構造、外筒部材１の構造、内筒部材２の構造及び蓋部材４の構造については、上記説明した実施例１と同様であるので、ここでは説明を割愛する。
本実施例において特徴を有する点は、コイルばね３を先端（一端）から後端（他端）に向けて漸次縮径するようにコイルを巻いて形成した点にある。
即ち本実施例においては、外筒部材１の第一周面部５とコイルばね３の先端側の外周部３ａとの圧接をより確実なものとすることができる。同様に内筒部材２の第二周面部６とコイルばね３の後端側の内周部３ｂとの圧接をより確実なものとすることができる。
尚本実施例における第一・第二トルク値の設定、外筒部材１と内筒部材２の一方から他方への回転トルクの伝達及び遮断については、上記した実施例１と同様であるので、当該実施例１で説明した内容を援用する。
又本実施例にあっては、コイルばね３の先端から後端へ向けての縮径の度合いを調整することにより、第一・第二トルク値を容易に変動することができる。
以上の通り、本発明に係るトルクヒンジ又はトルクリミッタによれば、外筒部材１に同外筒部材１の内周面１ａよりも小径な第一周面部５を形成し、内筒部材２に同内筒部材２の外周面２ａよりも大径な第二周面部６を形成するだけの簡易構造により、コイルばね３の縮径又は拡径を有効利用し、適切に双方向のトルク伝達又はトルク伝達の遮断を行うことができる。
又簡易構造であるので、電化製品やＯＡ機器等の小型化に伴い、これらに使用するトルクヒンジ又はトルクリミッタの小型化の要請があった際には、当該要請に適切に対応し得る。
又上記第一周面部５の内径、幅寸法を変えることにより第一トルク値を容易に変更でき、同様に上記第二周面部６の外径、幅寸法を変えることにより第二トルク値を容易に変更できる。更には、実施例２に示したように、コイルばね３を、その巻き径を先端側から後端側に向けて漸次縮径するように形成し、確実なる第一・第二トルク値の設定と、これらトルク値の変更を行うことができる。
１…外筒部材、１ａ…内周面、１ｂ…端板、１ｃ…挿入孔、１ｄ…嵌合孔、２…内筒部材、２ａ…外周面、２ｂ…貫通孔、３…コイルばね、３ａ…外周部、３ｂ…内周部、４…蓋部材、４ａ…受入孔、５…第一周面部、６…第二周面部、７…第一テーパー面部、８…第二テーパー面部。

Claims (6)

  1. 相対回転可能に配される外筒部材及び内筒部材と、該外筒部材の内周面と該内筒部材の外周面間に配されるコイルばねとを備え、上記外筒部材の内周面の先端側に同外筒部材の内径を縮小する方向に張り出す第一周面部を形成すると共に、上記内筒部材の外周面の後端側に同内筒部材の外径を拡大する方向に張り出す第二周面部を形成し、上記外筒部材の第一周面部内に上記コイルばねを圧入すると共に該コイルばねの内周部内に上記内筒部材の第二周面部を圧入する構成としたことを特徴とするトルクヒンジ。
  2. 上記外筒部材内周面に上記第一周面部への上記コイルばねの圧入を案内する第一テーパー面部を形成すると共に、上記内筒部材外周面に上記第二周面部の上記コイルばね内への圧入を案内する第二テーパー面部を形成したことを特徴とする請求項１記載のトルクヒンジ。
  3. 上記コイルばねを上記第一周面部内に圧入する先端から上記第二周面部の圧入を受け入れる後端に向けて漸次縮径するように形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載のトルクヒンジ。
  4. 相対回転可能に配される外筒部材及び内筒部材と、該外筒部材の内周面と該内筒部材の外周面間に配されるコイルばねとを備え、上記外筒部材の内周面の先端側に同外筒部材の内径を縮小する方向に張り出す第一周面部を形成すると共に、上記内筒部材の外周面の後端側に同内筒部材の外径を拡大する方向に張り出す第二周面部を形成し、上記外筒部材の第一周面部内に上記コイルばねを圧入すると共に該コイルばねの内周部内に上記内筒部材の第二周面部を圧入する構成としたことを特徴とするトルクリミッタ。
  5. 上記外筒部材内周面に上記第一周面部への上記コイルばねの圧入を案内する第一テーパー面部を形成すると共に、上記内筒部材外周面に上記第二周面部の上記コイルばね内への圧入を案内する第二テーパー面部を形成したことを特徴とする請求項４記載のトルクリミッタ。
  6. 上記コイルばねを上記第一周面部内に圧入する先端から上記第二周面部の圧入を受け入れる後端に向けて漸次縮径するように形成したことを特徴とする請求項４又は請求項５の何れかに記載のトルクリミッタ。
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