CN106246760B - 扭矩限制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供在外圈与内圈之间配置有螺旋弹簧的扭矩限制器，其中，将使外圈与内圈相对旋转的扭矩设置得较大。该扭矩限制器包括：轴状的内圈(2)；卷绕线材(L)而形成的螺旋弹簧(4)；以及供安装有螺旋弹簧(4)的内圈(2)插入的筒状的外圈(3)，在内圈与外圈之间的旋转扭矩大于预定值时，克服螺旋弹簧与内圈之间的摩擦力而使外圈与内圈相对旋转。螺旋弹簧(4)具有与外圈(2)卡合的卡合部(41)，并且以从轴向的一侧观察时互为相反的方向的方式在卡合部(41)的轴向的两侧卷绕有线材。由于在卡合部(41)的两侧卷绕有线材，因此螺旋弹簧(4)与内圈(2)之间的摩擦力增大，使外圈(3)与内圈(2)相对旋转的扭矩也增大。

Description

扭矩限制器

技术领域

本发明涉及一种扭矩限制器，该扭矩限制器包括可相对旋转的内圈和外圈、以及安装于内圈和外圈之间的螺旋弹簧，若使内圈与外圈相对旋转的旋转扭矩大于预定值，则克服由螺旋弹簧产生的摩擦力而使外圈与内圈相对旋转。

背景技术

在打印机、复印机中使用用于从上下方向层叠的纸张组逐张送纸的送纸装置。在这样的送纸装置中，有时会在多张纸张因静电那样的微小相互吸附力而上下吸附的多层状态下从纸张组取出纸张，并将保持多层状态的纸张送纸到打印机、复印机的主体部，为了避免这种状况，通常在送纸装置中安装有扭矩限制器。

作为使用扭矩限制器的送纸装置的一个例子，在图5中示出专利文献1中公开的送纸装置。送纸装置S具有：驱动辊KR，其与电动机那样的适当的驱动源相连接而进行旋转；从动辊JR，其与该驱动辊KR的旋转轴平行且从动于该驱动辊KR的旋转而进行旋转；以及纸张托盘PT，其用于支承纸张组。驱动辊KR与从动辊JR的表面均被摩擦系数较高的具有弹性的树脂制材料覆盖，利用弹簧那样的适当的施力单元将驱动辊KR与从动辊JR密合。并且，在从动辊JR中装入有扭矩限制器TL。

在从层叠的纸张组向送纸装置仅供送一张纸张的情况下，正如图5的(a)所示，将利用位于层叠的纸张组的上表面的纸张与驱动辊KR之间的表面摩擦力送出的一张纸张P送纸至送纸装置S，纸张P紧密接触于驱动辊KR和从动辊JR。并且，利用沿逆时针方向旋转的驱动辊KR与纸张P的上表面之间的摩擦力，而将纸张P顺着驱动辊KR的旋转方向送出，利用经由纸张P传递的上述摩擦力在顺时针方向上对从动辊JR施加大于预定值的旋转扭矩，而使从动辊JR从动旋转。

另一方面，在从纸张组将纸张以上下多层的状态向送纸装置送纸的情况下，如图5的(b)所示，多层的纸张P1和P2保持多层状态地利用驱动辊KR的摩擦力被送纸到送纸装置S，在驱动辊KR紧密接触于上侧的纸张P1的上表面的同时，从动辊JR紧密接触于下侧的纸张P2的下表面。并且，利用沿逆时针方向旋转的驱动辊KR与上侧的纸张P1之间的摩擦力将上侧的纸张P1沿驱动辊KR的旋转方向送出。然而，上侧的纸张P1与下侧的纸张P2只是被小于上述摩擦力的微小相互吸附力吸附，若对上侧的纸张P1施加上述摩擦力，则上侧的纸张P1从下侧的纸张P2剥离，在上侧的纸张P1与下侧的纸张P2之间产生滑动。因此，经由下侧的纸张P2对从动辊JR施加预定值以下的较小的旋转扭矩。在这种情况下，利用扭矩限制器TL锁定从动辊JR的旋转。若从动辊JR锁定，则打印机、复印机停止运转，并且向使用者告知纸张为多层状态的情况，并催促去除多层的纸张。

扭矩限制器不仅限于送纸装置，还被用作在驱动源的电动机等发生过载时断开负载来保护电动机的部件。作为扭矩限制器，公知有例如专利文献2所记载的摩擦式的扭矩限制器，参照图6对其概要进行说明。

摩擦式的扭矩限制器包括：轴状的内圈N；螺旋弹簧B，其以一部分与该内圈N的外周面接触的方式安装在该内圈N的外周面上，用于施加摩擦力；以及筒状的外圈G，其供安装有该螺旋弹簧B的上述内圈N插入。内圈N为圆筒形状，其外径大于自由状态(不对弹簧施力的状态)的螺旋弹簧B的接触部的直径(图6的右侧部分的直径)。螺旋弹簧B是将线材进行卷绕而形成的，在其中心轴线方向的前端形成有在中心轴线方向延伸的卡合部K1，并且在外圈G的内侧形成有与该卡合部K1卡合的被卡合部K2。另外，在图6的螺旋弹簧B中设有与内圈N不相接触的大径部(图6的左侧部分)，该部分不影响扭矩限制器的基本功能。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008-274979号公报

专利文献2：日本特开2006-307934号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在图6所示的摩擦式的扭矩限制器中，在使内圈N与外圈G相对旋转的、围绕中心轴线o的旋转扭矩(作用于使螺旋弹簧B向内圈N的卷绕松动的方向上的旋转扭矩)大于在内圈N的外周面与螺旋弹簧B的内周面之间产生的摩擦力时，外圈G与内圈N相对旋转而断开动力传递。例如，在将内圈N连接于驱动源的电动机并将外圈G连接于负载侧时，利用相对的旋转来限制从电动机向负载传递的最大传递扭矩(空转扭矩)，此时，存在以下问题。

空转扭矩与将内圈N的外周面与螺旋弹簧B的内周面之间的摩擦力F乘以螺旋弹簧B的内径R而得的值(FR)成正比。此处，由于螺旋弹簧B所接触的内圈N的圆周长也与内径R成正比，因此随着螺旋弹簧B变为小径而空转扭矩变得非常小。在使用小径的螺旋弹簧B而设为相同的空转扭矩时，需要使产生摩擦力F的螺旋弹簧B的紧固力较大，存在必然地增大螺旋弹簧B的应力而超过容许应力的隐患。因此，对于通过螺旋弹簧B的小径化使摩擦式扭矩限制器小型化，存在极限。

为了使空转扭矩足够大，还考虑到将多个螺旋弹簧B安装在内圈N与外圈G之间，但是在该情况下扭矩限制器的制造以及组装作业的效率变差，并且导致了扭矩限制器大型化。

本发明的课题在于解决具有螺旋弹簧的摩擦式的扭矩限制器的上述问题。

用于解决问题的方案

鉴于上述课题，通过在轴向的中央设置与外圈卡合的卡合部的同时在该卡合部的两侧卷绕线材而形成本发明的摩擦式的扭矩限制器的螺旋弹簧，并且从轴向的一侧观察时沿相反的方向卷绕该两侧的线材。即，本发明的扭矩限制器，

“该扭矩限制器包括：轴状的内圈；螺旋弹簧，该螺旋弹簧是卷绕线材而形成的，其以与上述内圈的外周面接触的方式安装在上述内圈的外周面；以及筒状的外圈，该外圈供安装有上述螺旋弹簧的上述内圈插入，

上述内圈与上述外圈具有共同的中心轴线，上述螺旋弹簧在自由状态下的内径比安装着上述螺旋弹簧的上述内圈的外周面的直径小，并且上述螺旋弹簧涂敷润滑剂且以不能相对上述外圈旋转的方式卡合于上述外圈，

在施加使上述内圈与上述外圈相对旋转的、围绕上述中心轴线的旋转扭矩时，在上述旋转扭矩大于预定值的情况下，克服上述螺旋弹簧与上述内圈之间的摩擦力而使上述外圈与上述内圈相对旋转，其特征在于，

上述螺旋弹簧具有与上述外圈卡合的卡合部，在上述卡合部的轴向的两侧卷绕有线材，并且从轴向的一侧观察时沿相反的方向卷绕上述两侧的线材”。

发明的效果

本发明的摩擦式扭矩限制器包括：轴状的内圈；卷绕线材而形成的螺旋弹簧，其以与轴状的内圈的外周面接触的方式安装在轴状的内圈的外周面；以及筒状的外圈，该外圈供内圈和螺旋弹簧插入。内圈与外圈具有共同的中心轴线，螺旋弹簧以不能相对外圈旋转的方式与外圈卡合，在内圈与外圈之间的旋转扭矩大于预定值的情况下，克服螺旋弹簧与内圈之间的摩擦力而使外圈与内圈相对旋转。作为扭矩限制器的上述基本结构以及功能与以往的扭矩限制器并无改变，但是，在本发明的摩擦式扭矩限制器中，螺旋弹簧形成为，在轴向的中央设置与外圈卡合的卡合部，并且在该卡合部的轴向的两侧卷绕线材，并且从轴向的一侧观察时沿相反的方向卷绕两侧的线材。将螺旋弹簧沿相反的方向卷绕的原因在于：从轴向的一侧观察时，在卷绕于卡合部的两侧的螺旋弹簧状的线材处，使螺旋弹簧的卷绕松动的、内圈的旋转方向彼此相反。

在本发明的扭矩限制器中，如上所述，包括在卡合部的两侧沿相反的方向卷绕的线材，由此形成螺旋弹簧。该螺旋弹簧相当于在与外圈卡合的卡合部的两侧分别配置有螺旋弹簧，螺旋弹簧施加在内圈的摩擦力变为卷绕于两侧的线材的摩擦力之和。因此，无需为了增加摩擦力而增大紧固力，因此在本发明的摩擦式扭矩限制器中，不会增大螺旋弹簧所产生的应力，并且能够获得与大径的扭矩限制器同等的空转扭矩。

另外，在本发明的扭矩限制器中，使外圈与内圈相对旋转的扭矩从螺旋弹簧的卡合部分别均等地作用于卷绕在两侧的线材。因此，即使在弹簧的卡合部附近，摩擦力也可靠地作用于卷绕的线材，作为扭矩限制器能够发挥稳定的性能。相对于此，在仅在卡合部的单侧与内圈相接触的螺旋弹簧中，与卡合部分开的线材与内圈相接触，但在卡合部附近由于相对的旋转扭矩产生内圈与线材分离的现象。

在本发明的扭矩限制器的螺旋弹簧中，在将线材弯曲成日文コ字形状而形成与外圈卡合的卡合部时，在卷绕于两侧的线材之间，存在有在轴向上延伸的恒定长度的直线状的线材。在螺旋弹簧的卡合部作用有由使外圈与内圈相对旋转的扭矩产生的力，但是该力分散地作用于直线状的线材部分，因此施加于与外圈之间的接触部分的压力变小。因此，即使在使用合成树脂等硬度较小的材料作为外圈的材料的情况下，也能避免与螺旋弹簧之间的卡合部分损伤或磨耗的问题。

并且，由于与外圈卡合的关系，螺旋弹簧的卡合部需要延伸到比卷绕线材的部分的卷绕圆靠径向的外侧的位置。在对线材实施卷绕等加工而制造的螺旋弹簧中，以在由卷绕线材形成的圆的切线方向延伸的方式形成卡合部时，该部分的加工变得简单。

在卡合部的轴向的两侧卷绕线材相同圈数而形成本发明的扭矩限制器的螺旋弹簧时，可谓是变成将两个相同的螺旋弹簧(要素)背靠背配置的结构。也就是说，变成相对于卡合部对称的结构，从而施加于内圈的摩擦力的平衡等良好，能够实现性能稳定的扭矩限制器。

附图说明

图1是表示本发明的扭矩限制器的实施例的整体图。

图2是图1所示的扭矩限制器的内圈的单体图。

图3是图1所示的扭矩限制器的外圈的单体图。

图4是图1所示的扭矩限制器的螺旋弹簧的单体图。

图5是对具备扭矩限制器的送纸装置的动作进行说明的图。

图6是表示以往的摩擦式的扭矩限制器的一个例子的图。

附图标记说明

1：扭矩限制器；2：内圈；3：外圈；33：狭缝；4：螺旋弹簧；41：卡合部。

具体实施方式

以下，基于说明书附图对本发明的扭矩限制器进行说明。在图1中示出本发明的扭矩限制器的实施例的整体图，其部件的单体图在图2至图4中示出。另外，图1是剖切外圈3的一部分来表示的，以使外圈3与螺旋弹簧4之间的卡合部清楚。

如图1所示，整体以附图标记1表示的本实施例的扭矩限制器包括内圈2、外圈3和螺旋弹簧4。在将螺旋弹簧4安装于内圈2的外周后的状态下，将内圈2插入外圈3的圆筒状的空洞部。内圈2与外圈3具有共同的中心轴线o，并且构成为可相对旋转。

参照图1和图2来进行说明，内圈2是具有中心轴线o的轴状的部件，具有：大径部21，其用于安装螺旋弹簧4；小径部22，其形成在该大径部21的前端侧(方便起见，将图的左侧作为前方，将右侧作为后方。)；以及锥部23，该锥部23形成在大径部21以及小径部22的中间。在本实施例中，内圈2是通过对钢材进行锻造而成形的。

内圈2的大径部21为圆柱形状，小径部22整体上也是圆柱形状。锥部23是其截面的直径从后端向前端逐渐变小的圆台形状，其后端与大径部21相连接，前端与小径部22相连接。此处，设定为大径部21的直径大于自由状态的螺旋弹簧4的内径，并且小径部22的直径小于自由状态的螺旋弹簧4的内径，因此，锥部23的最小径小于自由状态的螺旋弹簧4的内径，锥部23的最大直径大于自由状态的螺旋弹簧4的内径。将这样的锥部23设于大径部21与小径部22之间，由此，在将螺旋弹簧4安装在大径部21时，无需使用特殊工具，能够仅是推压内圈2而在扩大自由状态的螺旋弹簧4的内径的同时将螺旋弹簧4安装在大径部21上。

在小径部22的前端部形成有阶梯槽部24，阶梯槽部24供形成于后述的外圈3的向内突起部嵌入。阶梯槽部24形成在小径部22的外周面的整周范围上。在大径部21的后端形成有圆环形状的凸缘部25，在凸缘部25的后端面形成有将圆柱形状的外周的一部分切除而成的连接部26。

参照图1和图3来进行说明，外圈3是以中心轴线o为中心的筒状构件，具有外径较大的后方部31和外径较小的前方部32。在本实施例中，通过将例如聚缩醛树脂等热塑性树脂注塑成型而成形外圈3。

在外圈3的后方部31的内侧形成有第一空洞部311。第一空洞部311的内径大到可容纳上述内圈2的圆环形状的凸缘部25的程度。在第一空洞部311的前方形成有第二空洞部312。第二空洞部312是对安装螺旋弹簧4后的状态的内圈2的大径部21进行容纳的部分，第二空洞部312的内径小于第一空洞部311的直径。

并且，在后方部31的周向上的预定角度位置设有狭缝33，狭缝33从后方部31的后端以直线状延伸到比轴向中间位置略靠前方的位置，由图3的右视图可知，该狭缝33自后方部31的内侧面至外侧面沿着铅垂方向形成。

在外圈3的前方部32的内侧形成有圆柱形状的第三空洞部313，并且在第三空洞部313的前方形成有整体上为圆柱形状的第四空洞部314。将第三空洞部313的内径设成与内圈2的大径部21的内径相等，另外，将第四空洞部314的内径设成与内圈2的小径部22的内径相等。因此，能够将内圈2的大径部21无间隙地嵌入第三空洞部313中，将小径部22无间隙地嵌入第四空洞部314中。并且，在第四空洞部314的前端部的内周面处形成有向内的突起部315，该向内的突起部315嵌入于内圈2的阶梯槽部24。

在组装扭矩限制器1时，将预先安装有螺旋弹簧4的内圈2从外圈3的后端侧(第一空洞部311侧)插入。插入时，使螺旋弹簧4的卡合部41的圆周方向位置与外圈3的狭缝33的圆周方向位置匹配而进行插入，在组装后，如图1所示，螺旋弹簧4的卡合部41抵靠于狭缝33的端部，并且外圈3的向内的突起部315嵌入于内圈2的阶梯槽部24。在组装时，优选在螺旋弹簧4上涂敷润滑脂等润滑剂。

此处，参照图1和图4对作为本发明的摩擦式扭矩限制器的特征结构的螺旋弹簧4进行说明。金属制的螺旋弹簧4是对通常的弹簧钢等线材实施卷绕加工等而形成的，其包括与外圈3的狭缝33卡合的卡合部41，在卡合部41的轴向的两侧卷绕有线材L。该两侧的线材L在从轴向的一侧观察时沿相反的方向卷绕相同圈数。即，在图4的实施方式中，螺旋弹簧4的线材L从主视图的右方观察沿顺时针方向卷绕卡合部41的右侧的线材L(参照图4的右视图)，但是，在卡合部41折返而沿逆时针方向卷绕左侧的线材L。由此，如图1所示在将螺旋弹簧4安装于内圈2的外周面时，在从右方观察顺时针方向的旋转扭矩作用于内圈2的情况下，螺旋弹簧4的卷绕松动。

图4的实施方式的螺旋弹簧4是将一根线材L连续地加工而制造的，卡合于外圈3的狭缝33的卡合部41是通过将线材L弯曲成日文コ字形状而形成的。在卡合部41存在有在轴向上延伸的直线部分，由于该直线部分整体上与狭缝33相接触，因此能够降低接触部分的压力。另外，正如图4的右视图所示，卡合部41延伸到通过卷绕线材L而形成的圆的切线方向上方。通过对一根线材L实施这样的加工而形成卡合部41，不用另外设置追加部件作为卡合部41，从而能够使螺旋弹簧4的制造成本降低。

接下来，参照图1对上述本发明的扭矩限制器的动作进行说明。

若使内圈2与外圈3相对旋转的、围绕中心轴线o的大于预定值的旋转扭矩、即空转扭矩施加到使螺旋弹簧4向内圈2的卷绕松动的方向，则克服由螺旋弹簧4的紧固力引起的螺旋弹簧4与内圈2之间的摩擦力，使外圈3与内圈2相对旋转。另一方面，只要是空转扭矩以下，则在内圈2与螺旋弹簧4之间的摩擦力的作用下不产生相对的旋转。

在本发明的扭矩限制器1中，具有在螺旋弹簧4的卡合部41的两侧沿相反的方向卷绕相同圈数的线材，并且螺旋弹簧4的紧固力对内圈2施加的摩擦力为卷绕于两侧的线材的摩擦力之和。因此，若与以往的摩擦式扭矩限制器那样在卡合部的单侧卷绕线材的结构相比，则即使在螺旋弹簧4的紧固力相同的情况下，也能够获得大约两倍的空转扭矩。另外，由于使外圈3与内圈2相对旋转的扭矩分别均等地作用于自螺旋弹簧4的卡合部41卷绕于两侧的线材上，因此，摩擦力可靠地作用于也卷绕在卡合部41附近的线材，作为扭矩限制器能够发挥稳定的性能。

在作用空转扭矩以上的扭矩而使内圈2与外圈3相对旋转的情况下，本发明的扭矩限制器1设定为第三空洞部313的内径等于内圈2的大径部21的内径，且第四空洞部314的内径等于内圈2的小径部22的内径，从而防止内圈2与外圈3的旋转轴的“偏移”。在第二空洞部312内，在螺旋弹簧4的卡合部41的两侧卷绕有线材L，内圈2被支承在卡合部41的两侧，因此内圈2相对于螺旋弹簧4的旋转变得顺畅。进而，通过将外圈3的突起部315嵌入于内圈2的前端部的阶梯槽部24，从而防止内圈2与外圈3之间的相对的向轴向的移动。

以上，对本发明的扭矩限制器的优选实施方式进行详述。在上述实施方式中利用锻造制作内圈，无需赘言，也能够通过烧结、冲压等制造内圈。另外，也可以使螺旋弹簧的卡合部在通过卷绕线材而形成的圆的法线方向延伸而代替在通过卷绕线材而形成的圆的切线方向延伸。在该情况下，设于外圈的狭缝沿着径向延伸。如此地，明确可知能够对上述实施方式进行适当变更。

Claims (4)

1.一种扭矩限制器，该扭矩限制器包括：

轴状的内圈；

螺旋弹簧，该螺旋弹簧是卷绕线材而形成的，其以与上述内圈的外周面接触的方式安装在上述内圈的外周面；以及

筒状的外圈，该外圈供安装有上述螺旋弹簧的上述内圈插入，

上述内圈与上述外圈具有共同的中心轴线，上述螺旋弹簧在自由状态下的内径比安装着上述螺旋弹簧的上述内圈的外周面的直径小，并且上述螺旋弹簧涂敷润滑剂且以不能相对上述外圈旋转的方式卡合于上述外圈，

在施加使上述内圈与上述外圈相对旋转的、围绕上述中心轴线的旋转扭矩时，在上述旋转扭矩大于预定值的情况下，克服上述螺旋弹簧与上述内圈之间的摩擦力而使上述外圈与上述内圈相对旋转，其特征在于，

上述螺旋弹簧具有与上述外圈卡合的卡合部，在上述卡合部的轴向的两侧卷绕有线材，并且从轴向的一侧观察时沿相反的方向卷绕上述两侧的线材。

2.根据权利要求1所述的扭矩限制器，其中，

在上述卡合部中，线材弯曲成日文コ字形状。

3.根据权利要求2所述的扭矩限制器，其中，

上述卡合部在通过卷绕线材而形成的圆的切线方向延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的扭矩限制器，其中，

上述螺旋弹簧在上述卡合部的两侧卷绕相同圈数。