JP6974961B2 - トルクリミッタおよび駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルクリミッタ、および当該トルクリミッタを用いた駆動装置に関する。

従来、所定以上のトルクが加えられた場合に、トルクの伝達を遮断等により抑制する、いわゆるトルクリミッタに関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ラチェット機構によりトルクリミッタの機能を実現する技術が開示されている。

特開２０１４−１４９０１３号公報

近年、トルクリミッタを搭載する装置全体の小型化の要求に伴い、その装置に適用される部品としてのトルクリミッタの小型化も要求されている。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、より小型のトルクリミッタを提供することにある。

本発明の代表的な実施の形態に係るトルクリミッタは、駆動源によって回転する第１回転体と、前記第１回転体に係止された第１摩擦体と、前記第１摩擦体に重ねて配置され、前記第１摩擦体との間の摩擦力によって前記第１摩擦体の回転に伴って回転する第２摩擦体と、前記第２摩擦体に係止された第２回転体と、前記第１摩擦体および前記第２摩擦体を、前記第１摩擦体と前記第２摩擦体の積層方向に付勢する少なくとも１つの皿ばねと、前記皿ばねを圧縮する固定部材とを有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、より小型のトルクリミッタを提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るトルクリミッタを備えた駆動装置を配置した装置の斜視図である。 実施の形態１に係るトルクリミッタを備えた駆動装置の斜視図である。 実施の形態１に係るトルクリミッタの斜視図である。 実施の形態１に係るトルクリミッタの断面図である。 実施の形態１に係るトルクリミッタの分解断面図である。 実施の形態１に係るトルクリミッタにおける第２ギア部、第１摩擦体、第２摩擦体、および第３ギア部の平面的な位置関係を示す図である。 実施の形態２に係るトルクリミッタを備えた駆動装置の斜視図である。 実施の形態２に係るトルクリミッタの断面図である。 実施の形態２に係るトルクリミッタの分解断面図である。 実施の形態２に係るトルクリミッタにおけるケース、第１摩擦体、第２摩擦体、およびシャフトの平面的な位置関係を示す図である。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るトルクリミッタ（３０，４０）は、駆動源（１０）によって回転する第１回転体（３２，４１）と、第１回転体に係止された第１摩擦体（３３、４３）と、第１摩擦体に重ねて配置され、第１摩擦体との間の摩擦力によって第１摩擦体の回転に伴って回転する第２摩擦体（３４、４４）と、第２摩擦体に係止された第２回転体（３５，４２）と、第１摩擦体および第２摩擦体を、第１摩擦体と第２摩擦体の積層方向に付勢する少なくとも１つの皿ばね（３７、４５）と、皿ばねに圧縮力を加える固定部材（３９，４６）とを有することを特徴とする。

〔２〕上記トルクリミッタにおいて、前記固定部材は、前記第２回転体に接触することなく、前記皿ばねを前記第１回転体に固定してもよい。

〔３〕上記トルクリミッタ（３０）において、前記第１回転体（３２）と前記第２回転体（３５）とは、同一の回転軸（３１）を有し、前記第１摩擦体（３３）と前記第２摩擦体（３４）とは、前記回転軸の前記第１回転体と前記第２回転体との間に積層され、前記皿ばねは、前記第１回転体と同軸に、前記第１回転体と接触して配置され、前記固定部材は、前記皿ばねを前記第１回転体に押し付けて固定してもよい。

〔４〕上記トルクリミッタ（４０）において、前記第１回転体（４１）は、その回転軸の方向に形成された有底の孔（４１０）と、前記孔が形成された前記第１回転体の内周面（４１０ａ）の開口側に形成された第１ねじ部（４１２）を有し、前記第１摩擦体（４３）および前記第２摩擦体（４４）は、環状であって、前記第１回転体の前記孔に、前記第１回転体の回転軸と同軸に配置され、前記皿ばね（４５）は、前記第１回転体の前記孔において、前記第１回転体の回転軸と同軸に、前記第１摩擦体および前記第２摩擦体の少なくとも一方と接触して配置され、前記固定部材（４６）は、前記第１回転体の第１ねじ部に対応する第２ねじ部（４６０）と、前記固定部材の回転軸を通って形成された貫通孔（４６１）とを有し、前記固定部材は、前記皿ばね、前記第１摩擦体、および前記第２摩擦体を前記第１回転体の前記孔の底面（４１０ｂ）に押し付けた状態で、前記第２ねじ部と前記第１回転体の前記第１ねじ部とが螺合されて、前記第１回転体に固定され、前記第２回転体は、前記固定部材の前記貫通孔と、環状の前記第１摩擦体および前記第２摩擦体の中空部とに挿通され、前記固定部材に接触していなくてもよい。

〔５〕本発明の代表的な実施の形態に係る駆動装置（１，１Ａ）は、上述したトルクリミッタ（３０，４０）と、前記第１回転体を回転駆動する駆動部（１０，１１，１３）と、前記第２回転体の回転を駆動対象（５）に伝達する伝達部（２０，１２）と、を備えることを特徴とする。

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

≪実施の形態１≫
図１は、本発明の実施の形態１に係るトルクリミッタを備えた駆動装置を配置した装置の斜視図である。

本実施の形態に係る駆動装置１は、可動部５を備えた機器２において、機器本体４のヒンジ部３内に配設され、可動部５を開閉駆動するものである。機器２としては、便座や便座の蓋を可動部５とする電動便座便蓋開閉機能付き便器や、ディスプレイを可動部５とするラップトップパソコン、蓋を可動部５とするゴミ箱等の容器を例示することができる。

図２は、実施の形態１に係るトルクリミッタを備えた駆動装置の斜視図である。
具体的に、駆動装置１は、モータ１０と、第１ギア部２０と、トルクリミッタ３０と、を備える。

モータ１０は、機器２における可動部５の開閉動作の駆動源・動力源として機能する。モータ１０には、図示しないリード線を介して駆動信号が供給され、その駆動信号によって、モータ１０の出力回転軸１０ａが回転する。モータ１０の出力回転軸１０ａの先端部には、ギア１１が装着されている。ここで、モータ１０としては、例えば、ステッピングモータ、ＤＣモータ、およびＤＣブラシレスモータ等を用いることができる。

モータ１０およびギア１１は、トルクリミッタ３０の後述する第２ギア部３２を駆動する駆動部として機能する。

第１ギア部２０は、モータ１０が発生した回転力を可動部５の回動軸（開閉駆動軸）に、図示されていないギア列等を介して伝達する機能部である。第１ギア部２０は、トルクリミッタ３０を介してモータ１０から伝達されたトルクを駆動対象の可動部５に伝達する。第１ギア部２０は、大径ギア２１と、大径ギア２１に同軸に固定された小径ギア２２と、を有する。小径ギア２２は、可動部５の回動軸（開閉駆動軸）に連結されたギアに直接又はギア列を介して連結されている。大径ギア２１はトルクリミッタ３０の後述する第３ギア３５１と噛合している。大径ギア２１および小径ギア２２は、例えば樹脂等から構成されている。

第１ギア部２０は、後述するトルクリミッタ３０の第３ギア部３５の回転を駆動対象としての可動部５に伝達する伝達部として機能する。

トルクリミッタ３０は、伝達するトルクを制限する安全装置であって、モータ１０が発生した回転力を第１ギア部２０に伝達する一方、外力により所定の方向の一方向に所定の閾値（以下、「スリップトルク値」とも称する。）以上のトルクが加えられた場合に、第１ギア部２０とモータ１０との間で伝達されるトルクを制限する。

以下、トルクリミッタ３０の構成について、図３〜図６を用いて説明する。
図３〜６に示すように、トルクリミッタ３０は、シャフト３１と、第１回転体としての第２ギア部３２と、第１摩擦体３３と、第２摩擦体３４と、第２回転体としての第３ギア部３５と、スライドワッシャ３６と、皿ばね３７と、ワッシャ３８と、ナット３９とを含む。

シャフト３１は、金属等から形成され、トルクリミッタ３０の回転中心となる。図４に示すように、シャフト３１は、ヘッド部３１１と、ヘッド部３１１の外径よりも小さい外径を有する円柱部３１２と、円柱部３１２の外径よりも小さい外径を有し、後述するナット３９と螺合するねじが形成されたねじ部３１３と、ねじ部３１３の外径よりも小さい外径を有する細径部３１４と、から構成されている。

第２ギア部３２は、シャフト３１に固定され、モータ１０によりギア１１を介して駆動される回転体である。第２ギア部３２は、樹脂等から形成され、図４に示すように、円筒部３２２と、仕切部３２１とを有する。円筒部３２２と仕切部３２１とは、例えば一体に形成されている。なお、第２ギア部３２はシャフト３１の回転方向に対し固定され、シャフト３１の軸方向には移動可能となっている。

円筒部３２２の外周面には第２ギア３２４が形成されている。第２ギア３２４は、モータ１０の出力回転軸１０ａに装着されているギア１１と噛合している。なお、第２ギア３２４は、図示しないギア列を介してギア１１と連結していてもよい。

また、図６に示すように、円筒部３２２の内周面には、後述する第１摩擦体３３の外周部に形成された突起部３３ａと係合する切欠部（被係合部）３２５が、例えば１２０°回転対称に形成されている。各切欠部３２５は、仕切部３２１の一方の主面３２１ａ側の内周面３２２ａに形成されている。切欠部３２５および突起部３３ａは、例えば、矩形状に形成されている。

仕切部３２１は、外円筒部３２２のほぼ中央部に配置されている。仕切部３２１の中央部には、円筒状の内円筒部３２３が仕切部３２１と一体に立設されている。また、仕切部３２１の円心部には、内円筒部３２３の穴と連通し、シャフト３１の円柱部３１２が挿通される円形の貫通孔３２６が形成されている。

図４に示すように、第２ギア部３２の内側の空間は、仕切部３２１によって２つに分けられている。すなわち、第２ギア部３２の内側の空間は、外円筒部３２２の内周面３２２ａと仕切部３２１の一方の主面３２１ａとによって形成される空間（以下、「収容部ＳＰ１」と称する。）と、外円筒部３２２の内周面３２２ｂと仕切部３２１の他方の主面３２１ｂとによって形成される空間（以下、「収容部ＳＰ２」と称する。）に分けられている。

第１摩擦体３３は、金属板（例えば、ＳＵＳ３０４）や樹脂板等から形成され、図６に示すように、円環形状を有する。第１摩擦体３３の外径は、第２ギア部３２の外円筒部３２２の内径より若干小さい。また、第１摩擦体３３の内径は、後述する第３ギア部３５に形成された立設部３５３の外径よりも若干大きく形成されている。更に、第１摩擦体３３の外周縁には、第２ギア部３２の外円筒部３２２に形成された３つの切欠部３２５に係合する突起部（係合部）３３ａが形成されている。

第２摩擦体３４は、金属板（例えば、ベリリウム銅）や樹脂板等から形成され、図６に示すように、円環形状を有する。なお、摩擦体のエッジ部にバリが有るなど、摩擦体同士の接触面積が不十分となることを避けるため、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４を積層した際にそれぞれのエッジ部が重ならないように、第１摩擦体３３および第２摩擦体３４の内径および外径の寸法を設計してもよい。

第２摩擦体３４の内周縁には、後述する第３ギア部３５に形成された立設部３５３間の間隙３５４と係合する凸部（係合部）３４ａが、例えば１２０°回転対称に形成されている。

図４及び図５に示すように、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４とは、第２ギア部３２の収容部ＳＰ１に交互に積層されて収容されている。このとき、第１摩擦体３３の突起部３３ａは、第２ギア部３２の外円筒部３２２に形成された切欠部３２５に挿入されている。

なお、本実施の形態では、図４等に示すように、第１摩擦体３３および第２摩擦体３４を１０枚ずつ積層した場合を例示しているが、積層する第１摩擦体３３および第２摩擦体３４の枚数は、特に制限されない。

第３ギア部３５は、シャフト３１に回転可能に支持されている回転体である。第３ギア部３５の一部は、第２ギア部３２の収容部ＳＰ１側に配置されている。第３ギア部３５は、第３ギア３５１と、円盤部３５２と、立設部３５３とを含む。例えば、第３ギア３５１と、円盤部３５２と、立設部３５３とは、樹脂等で一体に形成されている。

第３ギア３５１は、第２ギア部３２よりも小径に形成され、円盤部３５２の中心に立設されている。第３ギア３５１の外周面にはギアが形成され、そのギアは、第１ギア部２０の大径ギア２１と噛合されている。

円盤部３５２は、その外周が、第２ギア部３２の外円筒部３２２の内径よりも小さく形成されており、第２ギア部３２の収容部ＳＰ１に収容されている第１摩擦体３３および第２摩擦体３４を押さえる蓋としての役割を有する。

また、第３ギア３５１と円盤部３５２の回転中心には、シャフト３１の円柱部３１２の外径よりも径が大きい貫通孔３５５が形成されている。すなわち、第３ギア３５１および円盤部３５２の内周面とシャフト３１の円柱部３１２との間には、隙間（クリアランス）が形成されている。

立設部３５３は、円盤部３５２の第３ギア３５１が形成されている面と反対側の面に、回転軸方向に延在して設けられている。図４〜図６に示すように、立設部３５３は、例えば、１２０°回転対称に形成されており、全体としてほぼ円筒形状を有する。

図６に示すように、複数の立設部３５３によって形成される平面視略円形状の円筒部３５３ａの外径は、第１摩擦体３３及び第２摩擦体３４の内径より小さい。また、円筒部３５３ａの内径は、シャフト３１の円柱部３１２の外径より大きく形成されている。すなわち、第３ギア部３５の立設部３５３の内周面とシャフト３１の円柱部３１２との間には、隙間（クリアランス）が形成されている。

更に、立設部３５３間の３つの間隙（被係合部）３５４には、第２摩擦体３４の３つの凸部３４ａが係合している。これにより、第３ギア３５１と第２摩擦体３４とは一体に回転する。

スライドワッシャ３６は、例えば樹脂から形成されている。図３及び図４に示すように、スライドワッシャ３６は、その中空部にシャフト３１の円柱部３１２が挿通されて、第３ギア３５１の軸方向の端面と接触するように配置されている。具体的には、スライドワッシャ３６は、シャフト３１のヘッド部３１１と円柱部３１２との間の段差部に配置され、第３ギア３５１の軸方向の端面とシャフト３１のヘッド部３１１とによって挟持されている。

皿ばね３７は、第１摩擦体３３および第２摩擦体３４を、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４の積層方向においてヘッド部３１１側へ付勢する部品である。図４及び図５に示すように、皿ばね３７は、第２ギア部３２の収容部ＳＰ２に配置されている。例えば、皿ばね３７は、第２ギア部３２の収容部ＳＰ２において、皿ばね３７の中空部にシャフト３１が挿入されて、仕切部３２１の主面３２１ｂに接触して配置されている。なお、本実施の形態では、収容部ＳＰ２に３枚の皿ばね３７を積層して配置する場合を例示しているが、皿ばね３７は少なくとも１枚あればよく、皿ばね３７の枚数は特に制限されない。

ワッシャ３８は、例えば金属から形成されている。図３及び図４に示すように、ワッシャ３８は、その中空部にシャフト３１のねじ部３１３が挿入され、皿ばね３７を挟んで、第２ギア部３２の仕切部３２１の主面３２１ｂと対面配置されている。

ナット３９は、皿ばね３７に圧縮力を加える固定部材である。図３および図４に示すように、ナット３９は、シャフト３１の細径部３１４が、第２ギア部３２の仕切部３２１の貫通孔３２６およびワッシャ３８の中空部から突出した状態において、シャフト３１のねじ部３１３に螺合し、ワッシャ３８を介して皿ばね３７を第２ギア部３２に押し付けて固定する。これにより、皿ばね３７に圧縮力を付与する。このとき、皿ばね３７、第２ギア部３２、第１摩擦体３３、および第２摩擦体３４を介してシャフト３１のヘッド部３１１側に押し付けられた第３ギア部３５は、ヘッド部３１１と円柱部３１２との間の段差部においてスライドワッシャ３６を介して押し止められる。

ナット３９の締め付けの度合いを調整することにより、皿ばね３７が第２ギア部３２を介して第１摩擦体３３及び第２摩擦体３４を第３ギア部３５へ押圧する力を調整することが可能となる。

次に、上記構成を有するトルクリミッタ３０の組立方法を、図５を参照して説明する。

先ず、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４とを交互に１０枚ずつ位置合わせして第２ギア部３２の仕切部３２１の主面３２１ａ上に積層し、第２ギア部３２の収容部ＳＰ１に収容する。このとき、第１摩擦体３３の突起部３３ａを第２ギア部３２の外円筒部３２２に形成された切欠部３２５に係合させる。また、必要に応じてグリスを充填する。なお、安定した摩擦力を得るために、グリス以外に第１摩擦体３３と第２摩擦体３４の間に樹脂シート等を挟んでもよい。

次に、第３ギア部３５を第２ギア部３２の収容部ＳＰ１に配置する。このとき、第３ギア部３５の３つの立設部３５３の間隙３５４に第２摩擦体３４の３つの凸部３４ａをそれぞれ係合させる。

次に、シャフト３１が第３ギア部３５の貫通孔３５５に挿通した状態で、シャフト３１の円柱部３１２を第２ギア部３２２の仕切部３２１の貫通孔３２６に挿通する。

次に、３枚の皿ばね３７とワッシャ３８とを、この順で細径部３１４側からシャフト３１に挿通させ、ナット３９をシャフト３１のねじ部３１３に螺合することにより、皿ばね３７およびワッシャ３８を第２ギア部３２の収容部ＳＰ２に収容する。このとき、ナット３９の締め付け度合いを調整することにより、皿ばね３７が第２ギア部３２を介して第１摩擦体３３と第２摩擦体３４に与える押圧力を調整する。

以上の組立方法により、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０を実現することができる。

次に、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０を搭載した駆動装置１の動作を説明する。
トルクリミッタ３０を搭載した駆動装置１は、以下に示す状態で図１に示す機器２に組み込まれる。すなわち、機器２のヒンジ部３内において、トルクリミッタ３０の第２ギア３２４をモータ１０の出力回転軸１０ａに嵌装されているギア１１に噛み合わせる。また、トルクリミッタ３０の第３ギア３５１と連結されている第１ギア部２０の小径ギア２２を、駆動対象である可動部５の回転軸に連結された図示されないギアに、直接または間接に連結する。この状態において、駆動装置１が機器２に組み込まれる。

ここで、駆動対象としての可動部５を開く場合、すなわち可動部５を図１の参照符号Ａで示される方向に駆動する場合について説明する。
この場合、図示されないコントローラは、モータ１０に駆動信号を供給し、モータ１０を一方の方向に回転させる。モータ１０の回転により、モータ１０の出力回転軸１０ａに嵌装されているギア１１が回転し、ギア１１に噛合している第２ギア３２４が回転する。

第２ギア３２４の回転に伴って、第２ギア部３２の切欠部３２５と係合する突起部３３ａを有する第１摩擦体３３が回転する。第１摩擦体３３の回転力は、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４との静止摩擦力により、第２摩擦体３４に伝達され、第２摩擦体３４が回転する。第２摩擦体３４の回転により、第２摩擦体３４と係合している第３ギア部３５の立設部３５３が回転し、立設部３５３の回転により、立設部３５３と一体に形成されている第３ギア３５１も回転する。第３ギア３５１の回転により、第３ギア３５１と噛合している第１ギア部２０の大径ギア２１が回転し、大径ギア２１の回転に伴って、大径ギア２１と一体に形成されている小径ギア２２が回転する。小径ギア２２の回転が、可動部５の回動軸に伝達され、可動部５が開く。

一方、駆動対象としての可動部５を閉める場合、すなわち可動部５を図１の参照符号Ｂで示される方向に駆動する場合には、上記コントローラは、モータ１０を逆方向に回転させる。これにより、上述とは逆方向の回転力が可動部５の回動軸に伝達され、可動部５が閉じる。

次に、機器２の使用者が可動部５を閉じたり、開いたりする手動操作を行って、可動部５に過負荷を加えた場合について説明する。
この場合、可動部５の回動軸の回動に伴って、第１ギア部２０が回転し、第１ギア部２０と噛合している第３ギア３５１が回転する。さらに、第３ギア３５１と一体に形成されている立設部３５３が回転し、立設部３５３と係合している第２摩擦体３４が回転する。

このとき、可動部５に加えられた過負荷がリミットトルクを越える場合、すなわち可動部５に加えられた過負荷が第１摩擦体３３と第２摩擦体３４との間の最大静止摩擦力を上回っている場合、第１摩擦体３３に対して第２摩擦体３４はスリップし、第３ギア部３５の回転が第１摩擦体３３以降の第２ギア部３２及びモータ１０に伝達されない。

このように、可動部５に加わった過負荷が第１摩擦体３３と第２摩擦体３４との間の最大静止摩擦力を上回った場合には、第３ギア部３５の回転が第２ギア部３２に伝達されないので、モータ１０、ギア１１、および第２ギア部３２を保護することが可能となる。

また、何らかの原因により、モータ１０側からリミットトルクを越える過負荷が第２ギア部３２に伝達された場合であっても、第２摩擦体３４に対して第１摩擦体３３がスリップするため、過負荷が第３ギア部３５に伝わらず、第３ギア部３５および第１ギア部２０等を保護することが可能となる。

以上、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０によれば、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４との摩擦力により、モータ１０が発生するトルクを第１ギア部２０に伝達することができる一方で、外部から過大な過負荷がかかった場合に、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４とがスリップすることにより、モータ１０に加わる外部からのトルクの伝達を抑制することが可能となる。

また、トルクリミッタ３０によれば、第１摩擦体３３および第２摩擦体３４を付勢する手段として皿ばね３７を用いているので、コイルばね等のその他の付勢手段を用いる場合に比べて薄型化でき、トルクリミッタの小型化が可能となる。

また、トルクリミッタ３０によれば、固定部材としてのナット３９は、第２回転体としての第３ギア部３５に接触することなく、皿ばね３７を第１回転体としての第２ギア部３２に固定しているので、トルクリミッタのスリップトルク値の変動を抑えることが可能となる。以下、この点について詳細に説明する。

上述したように、トルクリミッタ３０のスリップトルク値、すなわち第１摩擦体３３と第２摩擦体３４との間の最大静止摩擦力は、ナット３９の締め付け度合いによって調整される。したがって、何らかの原因でナット３９の締め付け度合いが変化した場合、トルクリミッタ３０のスリップトルク値が変化することも考えられる。

例えば、仮に、ナット３９の締め付け位置を第３ギア部３５側とし、ナット３９と第３ギア部３５を接触させてナット３９を固定した状態において、第３ギア部３５側に外力が加わり、第２摩擦体３４が第１摩擦体３３に対してスリップした場合を考える。この場合、第１摩擦体３３に連結される第２ギア３２４およびモータ１０の出力回転軸１０ａに連結されるギア１１にはトルクが伝達されないが、第３ギア部３５には外力からのトルクが伝達され、第３ギア部３５が回転する。このとき、第３ギア部３５の回転に伴い、第３ギア部３５に接触しているナット３９の位置ずれが発生し、ナット３９の締め付け度合いが変化する。

これに対し、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０によれば、第２摩擦体３４が第１摩擦体３３に対してスリップしたときに回転する第３ギア部３５に対して相対的に回転しない位置、すなわち、第３ギア部３５と接触しない位置においてナット３９を固定することにより、皿ばね３７に圧縮力を加えている。
これによれば、第２摩擦体３４が第１摩擦体３３に対してスリップしたときの第３ギア部３５の回転力がナット３９に伝わり難いので、ナット３９の位置ずれに起因するスリップトルク値の変動を抑制し、スリップトルク値の安定性を向上させることが可能となる。

特に、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０では、第２ギア部３２と第３ギア部３５とを同一の回転軸となるように配置し、第１摩擦体３３と第２摩擦体３４とを、上記回転軸上の第２ギア部３２と第３ギア部３５との間に積層するとともに、ナット３９によって、第２ギア部３２と同軸に配置した皿ばね３７を第２ギア部３２に押し付けて固定することにより、第３ギア部３５から物理的に離れた位置において、ナット３９を締め付けることができる。これにより、スリップトルク値の変動をより効果的に抑制することができるので、スリップトルク値の安定性を更に向上させることが可能となる。

《実施の形態２》
図７は、実施の形態２に係るトルクリミッタを備えた駆動装置の斜視図である。
同図に示される駆動装置１Ａは、実施の形態１に係る駆動装置１と同様に、図１に示した可動部５を備えた機器２のヒンジ部３に収容することにより、可動部５を開閉駆動する。
図７に示すように、駆動装置１Ａは、モータ１０と、減速機１３と、トルクリミッタ４０と、カップリング１２とを備える。

減速機１３は、モータ１０が発生した回転力を減速して、可動部５の回動軸（開閉駆動軸）に伝達する部品である。減速機１３は、トルクリミッタ４０およびカップリング１２を介してモータ１０から伝達されたトルクを駆動対象の可動部５に伝達する。減速機１３は、例えば遊星歯車を含む歯車機構から構成されている。

モータ１０および減速機１３は、トルクリミッタ４０の後述するケース４１を駆動する駆動部として機能する。

トルクリミッタ４０は、減速機１３から入力されたモータ１０の回転力をカップリング１２を介して可動部５に伝達する一方、スリップトルク値以上のトルクが加えられた場合に、可動部５とモータ１０との間で伝達されるトルクを制限する。

カップリング１２は、トルクリミッタ４０の後述するシャフト４２と可動部５の回動軸（開閉駆動軸）とを連結する機能部であり、シャフト４２の回転力を可動部５の回動軸に伝達する。カップリング１２は、後述するトルクリミッタ４０のシャフト４２の回転を駆動対象としての可動部５に伝達する伝達部として機能する。

以下、トルクリミッタ４０の構成について、図８〜図１０を用いて説明する。
トルクリミッタ４０は、図８〜１０に示すように、第１回転体としてのケース４１と、第１摩擦体４３と、第２摩擦体４４と、皿ばね４５と、固定部材４６と、第２回転体としてのシャフト４２と、ベアリング４７とを含む。

ケース４１は、樹脂や金属等から形成されており、第１摩擦体４３、第２摩擦体４４、および皿ばね４５を収容する容器であるとともに、減速機１３の出力軸１３ａと連結されることにより、出力軸１３ａを介して入力されたモータ１０の回転力を受けて回転する回転体である。

ケース４１は、その回転軸の方向に形成された有底の孔４１０が形成された円筒形状を有する。ケース４１の孔４１０が形成された内周面４１０ａの開口側には、ねじが切られた第１ねじ部４１２が形成されている。

また、図１０に示すように、ケース４１の内周面４１０ａには、後述する第１摩擦体４３の外周部に形成された突起部４３ａと係合する切欠部（被係合部）４１３が、例えば、９０°回転対称に形成されている。切欠部４１３および突起部４３ａは、例えば、円弧状に形成されている。

また、ケース４１の孔４１０が形成されている端面と反対側の端面には、孔４１４が形成されている。図８に示すように、孔４１４には、減速機１３の出力軸１３ａが嵌挿され、ビス等の固定具４８によってケース４１に固定されている。

ケース４１の孔４１０によって形成される空間（以下、「収容部ＳＰ３」と称する。）には、第１摩擦体４３、第２摩擦体４４、および皿ばね４５が収容される。

第１摩擦体４３は、金属板（例えば、ＳＵＳ３０４）や樹脂板等から形成され、図１０に示すように、円環形状を有する。第１摩擦体４３の外径は、ケース４１の孔４１０の内径より若干小さい。また、第１摩擦体４３の内径は、後述するシャフト４２の固定部４２２の外径よりも大きく形成されている。更に、第１摩擦体４３の外周縁には、ケース４１の内周面４１０ａに形成された３つの切欠部４１３に係合する突起部（係合部）４３ａが形成されている。

第２摩擦体４４は、金属板（例えば、ベリリウム銅）や樹脂板等から形成され、図１０に示すように、円板状に形成され、中央にシャフト４２の断面が多角形状（例えば六角形状）の固定部４２２が挿入される多角形状（例えば六角形状）の開口４４ａが形成されている。

図８及び図９に示すように、第１摩擦体４３と第２摩擦体４４とは、ケース４１の収容部ＳＰ３における孔４１０の底面４１０ｂに交互に積層されて収容されている。このとき、第１摩擦体４３の突起部４３ａは、ケース４１の内周面４１０ａに形成された切欠部４１３に挿入されている。

なお、本実施の形態では、図９等に示すように、７枚の第１摩擦体４３と、６枚の第２摩擦体４４とを積層した場合を例示しているが、第１摩擦体４３および第２摩擦体４４の枚数は、特に制限されない。

皿ばね４５は、ケース４１の収容部ＳＰ３において、ケース４１の回転軸と同軸に、第１摩擦体４３および第２摩擦体４４の少なくとも一方と接触して配置されている。具体的には、図８および図９に示すように、第１摩擦体４３および第２摩擦体４４の積層体の底面４１０ｂと接触していない側に、少なくとも１枚の皿ばね４５が積層されている。

なお、本実施の形態では、図９等に示すように、３枚の皿ばね４５を積層した場合を例示しているが、皿ばね４５の枚数は、特に制限されない。

シャフト４２は、カップリング１２の回動軸（孔１２０）に連結される断面がＤ字状に形成されたＤ字部４２４と、円柱部４２３と、第２摩擦体４４の開口４４ａが固定される断面が多角形状（例えば六角形状）の固定部４２２と、先端部４２１とを有する。

シャフト４２は、皿ばね４５、第１摩擦体４３、および第２摩擦体４４を貫通した状態でケース４１の孔４１０に挿通され、ケース４１の孔４１０の底面４１０ｂ側に配置されたベアリング（例えばボールベアリング）４７によって軸支される。シャフト４２のＤ字部４２４は、カップリング１２の一端に形成された孔１２０に嵌挿され、ビス等の固定具４８によってカップリング１２に固定されている。

固定部材４６は、皿ばね４５に圧縮力を加える機能部である。固定部材４６は、例えばケース４１と同一の材料から構成されており、ケース４１の第１ねじ部４１２に対応する第２ねじ部４６０と、固定部材４６の回転軸を通って形成された貫通孔４６１とを有する。

固定部材４６は、皿ばね４５、第１摩擦体４３、および第２摩擦体４４をケース４１の孔４１０の底面４１０ｂに押し付けた状態で、第２ねじ部４６０とケース４１の第１ねじ部４１２とが螺合されて、ケース４１に固定されている。

固定部材４６の貫通孔４６１には、シャフト４２が挿通され、貫通孔４６１内に配置されたベアリング４７によって、シャフト４２の円柱部４２３が軸支されている。
このとき、固定部材４６の貫通孔４６１とシャフト４２（例えば、円柱部４２３）との間には、隙間（クリアランス）が形成されている。すなわち、固定部材４６とシャフト４２とは、接触していない。

次に、上記構成を有するトルクリミッタ４０の組立方法を、図９を参照して説明する。

先ず、ケース４１の孔４１０の底面４１０ｂ側に配置されたベアリング４７に、シャフト４２の先端部４２１を嵌挿する。

次に、７枚の第１摩擦体４３と６枚の第２摩擦体４４とを交互に位置合わせしてケース４１の孔４１０の底面４１０ｂに積層し、ケース４１の収容部ＳＰ３に収容する。このとき、第１摩擦体４３の突起部４３ａをケース４１の内周面４１０ａに形成された切欠部４１３に係合させるとともに、第２摩擦体４４の開口４４ａをシャフト４２の固定部４２２に嵌合させる。また、必要に応じてグリスを充填する。なお、安定した摩擦力を得るために、グリス以外に第１摩擦体４３と第２摩擦体４４の間に樹脂シート等を挟んでもよい。

次に、５枚の皿ばね４５を、Ｄ字部４２４側からシャフト４２に挿通させて、第１摩擦体４３および第２摩擦体４４から成る積層体上に積層させる。

次に、固定部材４６の貫通孔４６１にシャフト４２を挿通させるとともに、固定部材４６の貫通孔４６１に配置したベアリング４７にシャフト４２の円柱部４２３を嵌挿させた状態で、固定部材４６の第２ねじ部４６０をケース４１の内周面４１０ａに形成された第１ねじ部４１２に螺合する。これにより、皿ばね４５に固定部材４６から圧縮力が加わる。このとき、固定部材４６の締め付け度合いを調整することにより、皿ばね４５が第１摩擦体４３と第２摩擦体４４に与える押圧力を調整する。

以上の組立方法により、実施の形態２に係るトルクリミッタ４０を実現することができる。

次に、実施の形態２に係るトルクリミッタ４０を搭載した駆動装置１Ａの動作を説明する。
トルクリミッタ４０を搭載した駆動装置１Ａは、以下に示す状態で図１に示す機器２に組み込まれる。すなわち、機器２のヒンジ部３内において、トルクリミッタ４０のケース４１の孔４１４に、モータ１０の出力軸からの回転力を受けて回転する減速機１３の出力軸１３ａを嵌挿させて固定する。また、トルクリミッタ４０の固定部材４６から突出したシャフト４２のＤ字部４２４をカップリング１２の一端に形成された孔１２０に嵌挿させて固定するとともに、カップリング１２の他端に形成された図示されない孔に、可動部５の回動軸を嵌挿させて固定する。この状態において、駆動装置１Ａが機器２に組み込まれる。

ここで、駆動対象としての可動部５を開く場合、すなわち可動部５を図１の参照符号Ａで示される方向に駆動する場合について説明する。
この場合、図示されないコントローラは、モータ１０に駆動信号を供給し、モータ１０を一方の方向に回転させる。モータ１０の回転により、モータ１０の出力回転軸に嵌装されている減速機１３の出力軸１３ａが回転し、出力軸１３ａが嵌挿されているケース４１が回転する。

ケース４１の回転に伴って、ケース４１の内周面４１０ａに形成された切欠部４１３と係合する突起部４３ａを有する第１摩擦体４３が回転する。第１摩擦体４３の回転力は、第１摩擦体４３と第２摩擦体４４との静止摩擦力により、第２摩擦体４４に伝達され、第２摩擦体４４が回転する。第２摩擦体４４の回転により、第２摩擦体４４と固定部４２２において嵌合しているシャフト４２が回転する。シャフト４２の回転により、シャフト４２のＤ字部４２４と嵌合しているカップリング１２が回転する。そして、カップリング１２の回転が可動部５の回動軸に伝達され、可動部５が開く。

一方、駆動対象としての可動部５を閉める場合、すなわち可動部５を図１の参照符号Ｂで示される方向に駆動する場合には、上記コントローラは、モータ１０を逆方向に回転させる。これにより、上述とは逆方向の回転力が可動部５の回動軸に伝達され、可動部５が閉じる。

次に、機器２の使用者が可動部５を閉じたり、開いたりする手動操作を行って、可動部５に過負荷を加えた場合について説明する。
この場合、可動部５の回動軸の回動に伴って、カップリング１２が回転し、カップリング１２の孔１２０に嵌合しているシャフト４２が回転する。これにより、シャフト４２の固定部４２２に嵌合している第２摩擦体４４が回転する。

このとき、可動部５に加えられた過負荷がリミットトルクを越える場合、すなわち可動部５に加えられた過負荷が第１摩擦体４３と第２摩擦体４４との間の最大静止摩擦力を上回っている場合、第１摩擦体４３に対して第２摩擦体４４がスリップし、シャフト４２の回転が第１摩擦体４３以降のケース４１及びモータ１０に伝達されない。
このように、可動部５に加わった過負荷が第１摩擦体４３と第２摩擦体４４との間の最大静止摩擦力を上回った場合には、モータ１０およびケース４１を保護することが可能となる。

また、何らかの原因により、モータ１０側からリミットトルクを越える過負荷がケース４１に伝達された場合には、第２摩擦体４４に対して第１摩擦体４３がスリップするため、過負荷がシャフト４２に伝わらず、シャフト４２およびカップリング１２等を保護することが可能となる。

以上、実施の形態２に係るトルクリミッタ４０によれば、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０と同様に、第１摩擦体４３と第２摩擦体４４の摩擦により、モータ１０が発生するトルクをカップリング１２に伝達することができる一方で、外部から過大な過負荷がかかった場合に、モータ１０に加わるトルクを抑えることが可能となる。

また、トルクリミッタ４０によれば、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０と同様に、第１摩擦体４３と第２摩擦体４４を付勢する付勢手段として皿ばね４５を用いているので、より小型のトルクリミッタを実現することが可能となる。

特に、実施の形態２に係るトルクリミッタ４０では、皿ばね４５、第１摩擦体４３、および第２摩擦体４４をケース４１の孔４１０の底面４１０ｂに押し付けた状態で、固定部材４６の第２ねじ部４６０とケース４１の内周面４１０ａに形成された第１ねじ部４１２とを螺合することにより、固定部材４６をケース４１に固定している。これによれば、第１摩擦体４３、および第２摩擦体４４をケース４１の孔４１０の底面４１０ｂに押さえ付けるための蓋と、その蓋を固定するためのナット等の固定具とを別々に用意する必要がないので、部品点数を減らすことができ、より小型のトルクリミッタを実現することが可能となる。

また、トルクリミッタ４０によれば、トルクリミッタのスリップトルク値を調整する手段としての固定部材４６と第２回転体としてのシャフト４２との間にクリアランスが形成されているので、固定部材４６とシャフト４２とが接触することなく、皿ばね４５を第１回転体としてのケース４１に固定することができる。これにより、実施の形態１に係るトルクリミッタ３０と同様に、トルクリミッタのスリップトルク値の変動を抑えることが可能となり、スリップトルク値の安定性を向上させることが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、実施の形態１では、皿ばね３７を収容部ＳＰ２に配置する場合を例示したが、これに限られない。例えば、皿ばね３７を収容部ＳＰ１に配置し、第１摩擦体３３および第２摩擦体３４と共に積層させてもよい。これによれば、上述した実施の形態１に係るトルクリミッタ３０と同様に、第１摩擦体３３および第２摩擦体３４に押圧力を加えることが可能となる。

また、実施の形態２では、皿ばね４５を固定部材４６側に配置する場合を例示したが、これに限られない。例えば、皿ばね４５を、ケース４１の孔４１０の底面４１０ｂと第１摩擦体４３および第２摩擦体４４との間に配置してもよいし、第１摩擦体４３および第２摩擦体４４から成る積層体の両側にそれぞれ配置してもよい。これによれば、上述した実施の形態２に係るトルクリミッタ４０と同様に、第１摩擦体４３および第２摩擦体４４に押圧力を加えることが可能となる。

また、実施の形態１では、第２ギア部３２の切欠部３２５および第１摩擦体３３の突起部３３ａが矩形状に形成される場合を、実施の形態２では、ケース４１の内周面４１０ａに形成された切欠部４１３および第１摩擦体４３の突起部４３ａが円弧状に形成される場合をそれぞれ例示したが、これに限定されるものではない。第１摩擦体３３を第２ギア部３２に、第１摩擦体４３をケース４１に、それぞれ係合させることができるのであれば、種々の形状を採用することが可能である。
この点については、実施の形態１における第３ギア部３５の立設部３５３間の間隙３５４および第２摩擦体３４の凸部３４ａの形状と、実施の形態２におけるシャフト４２の固定部４２２および第２摩擦体４４の開口４４ａの形状についても同様のことが言える。

１，１Ａ…駆動装置、２…機器、３…ヒンジ部、４…機器本体、５…可動部、１０…モータ、１０ａ…モータの出力回転軸、１１…ギア、１２…カップリング、１３…減速機、１３ａ…減速機の出力軸、２０…第１ギア部、２１…大径ギア、２２…小径ギア、３０，４０…トルクリミッタ、３１…シャフト、３２…第２ギア部、３３…第１摩擦体、３４…第２摩擦体、３３ａ…突起部、３４ａ…凸部、３５…第３ギア部、３６…スライドワッシャ、３７,４５…皿ばね、３８…ワッシャ、３９…ナット、４１…ケース、４２…シャフト、４３…第１摩擦体、４４…第２摩擦体、４４ａ…開口、４６…固定部材、４７…ベアリング、４８…ビス、３１１…ヘッド部、３１２…円柱部、３１３…ねじ部、３１４…細径部、３２１…仕切部、３２１ａ，３２１ｂ…仕切部３２１の主面、３２２…外円筒部、３２２ａ，３２２ｂ…円筒部の内周面、３２３…内円筒部、３２５…切欠部、３２６…貫通孔、３５１…第３ギア、３５２…円盤部、３５３…立設部、３５４…間隙、３５５…貫通孔、４１０，４１４…孔、４１０ａ…ケース４１の内周面、４１０ｂ…底面、４１２…第１ねじ部、４１３…切欠部、４２１…先端部、４２２…固定部、４２３…円柱部、４２４…Ｄ字部、４６０…第２ねじ部、４６１…貫通孔、ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３…収容部。

Claims (4)

1. 駆動源によって回転する第１回転体と、
   前記第１回転体に係止された第１摩擦体と、
   前記第１摩擦体に重ねて配置され、前記第１摩擦体との間の摩擦力によって前記第１摩擦体の回転に伴って回転する第２摩擦体と、
   前記第２摩擦体に係止された第２回転体と、
   前記第１摩擦体および前記第２摩擦体を、前記第１摩擦体と前記第２摩擦体の積層方向に付勢する少なくとも１つの皿ばねと、
   前記皿ばねを圧縮し、前記第１回転体と隣接して取り付けられた固定部材と、を備え、
   前記第１回転体は、その回転軸の方向に形成された有底の孔と、前記孔が形成された前記第１回転体の内周面の開口側に形成された第１ねじ部とを有し、
   前記固定部材は、当該固定部材の外周面と前記第１回転体の外周面とが面一であり、前記第１回転体の前記第１ねじ部に対応する第２ねじ部と、前記固定部材の回転軸を通って形成された貫通孔とを有し、前記第２回転体が前記貫通孔に挿通して当該固定部材と接触されることのない状態で前記皿ばねを前記第１回転体に固定する
   ことを特徴とするトルクリミッタ。
2. 請求項１に記載のトルクリミッタにおいて、
   前記第１回転体と前記第２回転体とは、同一の回転軸を有し、
   前記第１摩擦体と前記第２摩擦体とは、前記回転軸の前記第１回転体と前記第２回転体との間に積層され、
   前記皿ばねは、前記第１回転体と同軸に、前記第１回転体と接触して配置され、
   前記固定部材は、前記皿ばねを前記第１回転体に押し付けて固定する
   ことを特徴とするトルクリミッタ。
3. 請求項１に記載のトルクリミッタにおいて、
   前記第１摩擦体および前記第２摩擦体は、環状であって、前記第１回転体の前記孔に、前記第１回転体の回転軸と同軸に配置され、
   前記皿ばねは、前記第１回転体の前記孔において、前記第１回転体の回転軸と同軸に、前記第１摩擦体および前記第２摩擦体の少なくとも一方と接触して配置され、
   前記固定部材は、前記皿ばね、前記第１摩擦体、および前記第２摩擦体を前記第１回転体の前記孔の底面に押し付けた状態で、前記第２ねじ部と前記第１回転体の前記第１ねじ部とが螺合されて、前記第１回転体に固定され、
   前記第２回転体は、前記固定部材の前記貫通孔と、環状の前記第１摩擦体および前記第２摩擦体の中空部とに挿通され、前記固定部材に接触していない
   ことを特徴とするトルクリミッタ。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のトルクリミッタと、
   前記第１回転体を回転駆動する駆動部と、
   前記第２回転体の回転を駆動対象に伝達する伝達部と、
   を備える駆動装置。

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