JPH09151965A

JPH09151965A - 両方向トルクリミッタ

Info

Publication number: JPH09151965A
Application number: JP8953296A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Mizutani; 敏幸水谷; Yuji Okamoto; 裕二岡本; Yoshimi Ota; 好美太田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】両方向トルクリミッタにおいて、外輪の径方
向への弾性変形が不均一になってローラの姿勢が不規則
となり、これがトルク変動の原因となることを防止し、
安定したトルクリミッタの作用が行えるようにすること
である。【解決手段】径方向に弾性変形する外輪１の内側に内
輪２を挿入し、その外輪１の内径面に形成されたポケッ
ト１２にローラ３を組込み、一定以上のトルクが加わる
と上記ポケット１２と内輪２との間に形成される両方向
のくさび形空所１３、１３に食い込ませるようにした両
方向トルクリミッタにおいて、上記各ローラ３のまわり
にＯリング３３を装着して内輪２側へ押圧し、ロックに
入らないローラ３の姿勢を規制し、トルク変動を起こさ
ないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、両方向の回転で
大きな伝達トルクを設定できるトルクリミッタに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、一方向クラッチにつ
いては多くの提案がなされている。例えば、本出願人に
おいても、特開平３−１４９２２号公報や特開平５−３
１２２２７号公報等により一方向クラッチを提案してい
る。

【０００３】しかし、これらのクラッチは、いずれも回
転の一方向で大きなトルクを発生できるが、逆方向には
小さいトルクしか発生できないものであり、両方向に大
きな発生トルクを必要とする用途には使用できない。

【０００４】一方、両方向に所要のトルクを発生できる
トルクリミッタとして、本出願人が実開平４−７１８２
７号公報により提案したものがある。しかし、これは外
輪を２重構造とし、一方向クラッチを２層に組合せた形
状であるため、ローラやバネ部材などの部品点数が多く
なり、トルクリミッタの外径寸法が比較的大きくなりや
すい問題を有している。

【０００５】また、上述した従来の一方向クラッチやト
ルクリミッタは、いずれも発生できるトルクが一定であ
り、発生トルクの大きさを任意に調節できる機能を持っ
ていない。例えば、特開平５−３１２２２７号公報で提
案された一方向クラッチにおいて、発生トルクを大きく
するためには、クラッチ係合子と噛み合う外輪の肉厚を
厚くし、外輪の曲げ応力を大きくする必要があるが、こ
れでは発生トルクの大きさが外輪の許容曲げ応力により
制限されることになり、また、クラッチの構造上、任意
に発生トルクの大きさを調節できない不具合がある。

【０００６】そこで、この発明は、上記の問題を解決
し、コンパクトで簡単な構造により回転の両方向に大き
な伝達トルクを発生できる両方向トルクリミッタを提供
することを目的としている。

【０００７】また、この発明の他の目的は、上記の課題
に加えて、トルクリミッタの発生トルクを大きく増大さ
せることができ、かつその大きさを任意に調節すること
ができる構造を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、径方向に弾性変形する外輪の内
側に内輪を挿入し、その外輪の内径面と内輪の外径面と
の間にローラを締め代をもって組込み、外輪の内径面
に、上記ローラが中立位置から正逆方向に回転した時に
外輪を拡径させる対の傾斜面を形成し、この各傾斜面
に、外輪の弾性変形の範囲内で各傾斜面に対するローラ
の喰い込みを防止するストッパ面を設けた両方向トルク
リミッタにおいて、上記内輪とローラとの間又は外輪と
ローラとの間に弾性部材を介在し、その弾性力により該
ローラを外輪方向又は内輪方向へ押圧した構成としたも
のである。

【０００９】請求項２の発明は、上記外輪の周面の１ヶ
所を円周方向に分離し、この分離により外輪を径方向に
弾性変形可能としたものである。

【００１０】請求項３の発明は、上記外輪の外径面に弾
力性ある調整リングを嵌め、上記調整リングに設けた切
り目の内側に、前記外輪の切り目に設けた一対の突起を
嵌め、上記調整リングの切り目と各突起の対向面に軸方
向にテーパ角をもったテーパ面を形成し、上記調整リン
グを軸方向に相対移動させる移動手段を備えた構成とし
たものである。

【００１１】請求項４の発明は上記いずれかの発明にお
いて、それらのローラの表面硬度Ｈｖが９００以上、表
面粗さＲａが０．０４μｍ以下である構成としたもので
ある。表面硬度の上限は、加工の困難性の点から１８０
０程度である。表面粗さは滑らかであればあるほど望ま
しいので限定できないが、例えば０．０１μｍ程度でも
十分発明の目的を達成しうる。

【００１２】

【作用】上記構成のトルクリミッタにおいては、内輪を
一方向に回転させると、ローラが外輪の一方の傾斜面と
内輪の間の喰い込んでロック状態となり、内輪に対して
外輪が一体に回転する。この状態から外輪に作用する負
荷が増大すると、外輪が拡径する方向に変形してローラ
の喰込み量が増大する。さらに、負荷が増大してローラ
がストッパ面に当接すると、ロック作用が喪失し、それ
以上の負荷を支えることができなくなり、内輪が空転す
る。

【００１３】また、内輪を逆方向に回転させると、ロー
ラが外輪の他方の傾斜面と内輪の間に喰い込み、上記と
同様の作用を行う。なお、内輪に負荷をかけ、外輪を回
転させるようにしても、同じ作用を得ることができる。

【００１４】このような作用を行う場合において、外輪
の径方向の弾性変形が不均一であって、ロックに入らな
いローラがあっても、各ローラは弾性部材の弾性力によ
り、内輪又は外輪の方向に押圧される。このためロック
に入らないローラがスキューしたりする不規則な動きを
規制し、トルク変動を抑制する。

【００１５】請求項３の発明のように、調整リングを設
けたものは、その軸方向の移動により発生トルクの調整
を行うことができる。

【００１６】請求項４のごとき表面硬度及び表面粗さの
ローラを用いると、ローラが偏摩耗しにくくなり、また
ローラが内輪及び外輪を摩耗させる作用も減することか
ら、摺動状態が安定し、耐久性が向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１乃至図５に示した第１
の実施の形態の両方向トルクリミッタは、外輪１の内側
に同軸状態に挿入された内輪２、両者の間に介在された
ローラ３、外輪１の外周に嵌合された調整リング４、閉
塞壁５を有するケーシング６とそのケーシング６の蓋７
などから成る。

【００１８】内輪２は円筒状のものであり、その内部に
軸８が挿通される。この内輪２と軸８とは、切欠き９と
ピン１０により係合される。

【００１９】外輪１は、金属等の弾性を有する素材で形
成され、その周面の１ケ所に半径方向の切れ目１１が設
けられる。外輪１はこの切れ目１１の存在により拡径又
は縮径方向に弾性変形することができる。

【００２０】外輪１の内径面には、複数のポケット１２
が一定間隔をおいて形成されその各ポケット１２にそれ
ぞれローラ３が組込まれる。

【００２１】上記各ポケット１２は、外輪１の内径面を
軸方向に貫通し、各ポケット１２の底面には、その底面
の中央部からそれぞれ円周方向の反対方向に向かって縮
径する対の傾斜面１４、１５が形成されている（図５参
照）。この対の傾斜面１４、１５は、ローラ３が喰い込
んだ時ロック作用を生じるような傾斜角度をもってお
り、ポケット１２の中央部（以下、この位置をローラの
中立位置とする）に対して同じ長さ寸法で対称形に形成
されている。

【００２２】また、各ポケット１２の両側には、各傾斜
面１４、１５に連続して半径方向に内輪１に向うストッ
パ面１６、１７が形成されている。この各ストッパ面１
６、１７は、外輪１の弾性変形の範囲内でローラ３の喰
い込みを止める機能をもっており、各傾斜面１４、１５
及び内輪２の外径面との間でくさび形空所１３、１３を
形成する。

【００２３】上記ローラ３は、ポケット１２の中立位置
に組込まれるが、このローラ３の径は、中立位置におけ
るローラ組込み前のポケット１２の底面と内輪２の外径
面の間の距離よりもわずかに大きく設定され、この寸法
差により、ローラ３が微小な締め代をもってポケット１
２に組込まれる。

【００２４】調整リング４は上記外輪１のまわりに所要
の間隔をおいて嵌合され、金属等の弾性のある素材によ
り形成される。該調整リング４の周方向の１ヶ所に半径
方向の切れ目１８が設けられる。この切れ目１８の対向
面に、前記外輪１の切れ目１１から径方向に突出した一
対の突起１９が係合しており、各突起１９と切れ目１８
の対向面には軸方向に同一のテーパ角を有するテーパ面
２１、２２が形成される（図３参照）。

【００２５】上記の内輪２、外輪１、ローラ３、調整リ
ング４はケーシング６内に組入れられる。また、ケーシ
ング６の閉塞壁５の内面側には、外輪１の各ポケット１
２に嵌入する複数の突起２３（図２参照）が形成され、
この突起２３とポケット１２の係合によりケーシング６
と外輪１間のトルク伝達を行っている。上記閉塞壁５の
内面と外輪１との間にばね２５が収納され、また該閉塞
壁５の外面には、外部部材に対してトルク伝達を行う係
合用凸部２４が形成されている。

【００２６】また、蓋７は、内輪２のまわりに若干のす
き間をもって嵌合され、その外径面にリブ２６が形成さ
れる。そのリブ２６をケーシング６の嵌合溝２７に若干
の締め代（組み込み後もある程度の力で回転させること
ができる程度）をもって嵌合している。

【００２７】上記の蓋７の内側端面には、図４に示すよ
うに、軸穴２８のまわりに外輪１の押さえ用リブ２９が
設けられ、その押さえ用リブ２９の径方向外側に周方向
の傾斜面３１が数箇所に等配に設けられている。

【００２８】また、調整リング４は、その蓋側端面に前
記各傾斜面３１に対向した位置に同じ数の突起３２が等
配に設けられ、前記ばね２５の押圧力により各突起３２
が各傾斜面３１に押圧される。

【００２９】一方、前記の各ローラ３は、外輪１の蓋７
側の端面よりも若干突出し（図２参照）、該蓋７の押さ
え用リブ２９の内側に嵌入される。その嵌入したローラ
３の部分の外径面にＯリング３３を伸長させ所要の弾性
力をもって嵌める。これによりＯリング３３はローラ３
の部分で屈曲されて多角形に変形し、その弾性力によっ
てローラ３を内輪２に押圧する。この弾性力は、ローラ
３の本来の作用、即ち内輪２の正逆回転に伴ってポケッ
ト１２内で転動する作用を妨げない程度に選定される。

【００３０】第１の実施の形態の両方向トルクリミッタ
は以上のごとき構成であり、次にその作用について説明
する。

【００３１】図１において、軸８と内輪２が矢印Ａ方向
に回転すると、ローラ３が、図５のように中立位置から
ポケット１２の傾斜面１５と内輪２の間に喰い込んでロ
ックし、そのロック作用により外輪１が内輪２と一体に
回転してケーシング６にトルクが伝達される。

【００３２】この状態から、ケーシング６を通じて外輪
１に作用する負荷が大きくなると、外輪１の切れ目１１
が拡開してローラ３の喰い込み量が増大し、さらに負荷
が増大すると、ローラ３がポケット１２のストッパ面１
７に当接する。

【００３３】この時点で、ローラ３の傾斜面１５に対す
る喰い込みが止められ、これによりローラ３によるロッ
ク作用が喪失するため、それ以上の負荷を支えることが
できず、内輪２は空転する。

【００３４】一方、内輪２を上記とは反対方向に回転さ
せると、ローラ３が傾斜面１４と内輪２との間に喰い込
み、上記と同様の作用を行う。このため、両方向の回転
において、ローラ３が各ストッパ面１６、１７に当接す
る範囲でトルクを伝達するトルクリミッタとして機能す
ることになる。

【００３５】また、蓋７を外部から回転させると、その
各傾斜面３１と調整リング４の突起３２との接触位置が
変わり、調整リング４が軸方向に移動する。これにより
テーパ面２１、２２の嵌合状態が変化し、調整リング４
の拡径量が変化して伝達トルクが変化する。

【００３６】上記のごときトルクリミッタの作用におい
て、外輪１は切り目１１があるため、径方向の弾性変形
量が不均一になりやすく、ロック状態にならないローラ
３の姿勢が崩れるおそれがあるが、この発明において
は、各ローラ３はＯリング３３の弾性力により内輪２に
対して押圧されているため、正しい姿勢に保持される。

【００３７】次に、図６及び図７に示した第２の実施の
形態の両方向トルクリミッタは、Ｏリング３３を外輪１
の内径面に設けた溝３４に収納し、そのＯリング３３を
前述と同様に各ローラ３のまわりに嵌め、所要の押圧力
を及ぼすようにしたものであり、前述の場合と同様の作
用がある。

【００３８】また、図８及び図９に示した第３の実施の
形態の両方向トルクリミッタは、内輪２の外径面に溝３
４’を設け、その溝３４’にＯリング３３を収納すると
共にその溝３４’からＯリング３３の外周面を若干露出
せしめ、その外周面をローラ３に押圧したものである。
これによりローラ３は外輪１のポケット１２の奥所に押
し付けられ、正しい姿勢を保持する。

【００３９】なお、以上述べた実施の形態においては、
外輪１に１ヶ所の切り目１１を設けたものを示したが、
外輪１は径方向に弾性変形できる機能があればよく、例
えば、多数のセグメントを弾性部材で連結して外輪を構
成し、各弾性部材の変形により拡径させるようにしても
よい。

【００４０】さらに、内輪２と軸８を兼用して内輪２又
は軸８のいずれか一方を外輪１の内側に挿入してトルク
伝達を行うこともできる。

【００４１】更に、前記のＯリング３３に代えて細いコ
イルばねをリング状にしたごとき弾性部材を用いること
ができる。

【００４２】以上の説明から明らかなように、この発明
のトルクリミッタは、過負荷時に外輪１及び調整リング
４をばね部材として使用し、ローラ３を内輪２に強く押
し付けた状態で、ローラ３と内輪２を摺動させることに
より大きな摩擦トルクを得るようにしている。

【００４３】トルクリミッタの要求機能としては、過負
荷時に規格内のトルクで回転することである。したがっ
て、耐久性を向上させるためには、摺動状態を安定させ
ることが必要である。

【００４４】前述のトルクリミッタでは、外輪１及び調
整リング４の変形量でばね力が変わるため、外輪１、内
輪２及びローラ３の摺動部が摩耗すると外輪１の変形量
が小さくなり、ばね力が小さくなる。その結果、過負荷
時の回転トルクが低下するため、耐久性を向上させるた
めには、各摺動部の摩耗を抑えることが必要である。

【００４５】このような要求に応えるためには、ローラ
３の表面硬度がＨｖ９００以上、表面粗さＲａを０．０
４μｍ以下とすることが必要である。ローラ３の材料と
しては、熱処理により硬度を高くした鋼、表面に硬質メ
ッキを施した鋼、超硬合金又はセラミックなどを用い
る。表面硬度の上限は、加工の困難性を考慮してＨｖ１
８００とする。上記ローラ３の表面粗さは、研削加工や
ラップ加工により０．０４μｍ以下とする。表面は滑ら
かであればある方が望ましい。例えば、０，０１μｍ程
度でもよい。

【００４６】〔試験結果〕トルクリミッタの耐久試験結
果を図１０（ａ）に、また比較試験結果を図１０（ｂ）
に示す。これらの場合のローラの表面硬度及び表面粗さ
は、図中に記入のとおりである。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、この発明のトルクリミッ
タは、外輪と内方部材の間にローラを組込み、そのロー
ラにより外輪を変形させてトルクを伝達するので、簡単
な構造により両方向で大きな伝達トルクを発生させるこ
とができる。

【００４８】また、外輪の内径面に設けた傾斜面にロー
ラを組込むだけであるので、部品点数を大幅に少なくで
きると共にコンパクトな形状に形成でき、組立ての容易
な低コストのトルクリミッタを提供できる利点がある。

【００４９】更に、各ローラに径方向の弾性力を付与し
たことにより、外輪の弾性変形が不均一であっても、ト
ルク変動を生じることなく、安定した作用をなすことが
できる。

【００５０】また、ローラの表面硬度を上げ、表面粗さ
を下げることにより、ローラの偏摩耗及び内外輪の摩耗
が抑制され、耐久性が向上する。また、これまで対応で
きなかった厳しい使用条件でも過負荷時のトルクが安定
するため使用可能な範囲が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の縦断正面図

【図２】図１のII−II線の断面図

【図３】同上の横断平面図

【図４】同上の調整リングと蓋との分解斜視図

【図５】同上の一部拡大断面図

【図６】第２の実施の形態の縦断正面図

【図７】図６のＶII−ＶII線の断面図

【図８】第３の実施の形態の縦断正面図

【図９】図８のIX−IX線の断面図

【図１０】（ａ）耐久試験結果のグラフ図（ｂ）比較例の耐久試験結果のグラフ図

【符号の説明】

１外輪２内輪３ローラ４調整リング５閉塞壁６ケーシング７蓋８軸９切欠き１０ピン１１切れ目１２ポケット１３くさび形空所１４、１５傾斜面１６、１７ストッパ面１８切れ目１９突起２１、２２テーパ面２３突起２４係合用凸部２５ばね２６リブ２７嵌合溝２８軸穴２９押さえ用リブ３１傾斜面３２突起３３Ｏリング３４、３４’ 溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】径方向に弾性変形する外輪の内側に内輪
を挿入し、その外輪の内径面と内輪の外径面との間にロ
ーラを締め代をもって組込み、外輪の内径面に、上記ロ
ーラが中立位置から正逆方向に回転した時に外輪を拡径
させる対の傾斜面を形成し、この各傾斜面に、外輪の弾
性変形の範囲内で各傾斜面に対するローラの喰い込みを
防止するストッパ面を設けた両方向トルクリミッタにお
いて、上記内輪とローラとの間又は外輪とローラとの間
に弾性部材を介在し、その弾性力により該ローラを外輪
方向又は内輪方向へ押圧したことを特徴とする両方向ト
ルクリミッタ。
【請求項２】上記外輪の周面の１ヶ所に切り目を設
け、その切り目により外輪を径方向に弾性変形可能とし
た請求項１に記載の両方向トルクリミッタ。
【請求項３】上記外輪の外径面に弾力性ある調整リン
グを嵌め、上記調整リングに設けた切り目の内側に、前
記外輪の切り目に設けた一対の突起を嵌め、上記調整リ
ングの切り目と各突起の対向面に軸方向にテーパ角をも
ったテーパ面を形成し、上記調整リングを軸方向に相対
移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１
又は２に記載の両方向トルクリミッタ。
【請求項４】上記ローラは表面硬度Ｈｖ９００以上、
表面粗さＲａ０．０４μｍ以下であることを特徴とする
請求項１から３のいずれかに記載の両方向トルクリミッ
タ。