CN1789744A - 转矩限制器 - Google Patents

Abstract

一种弹簧式的转矩限制器，可防止转矩发生初期因线圈弹簧的弯曲产生的间隙，能够不延迟地产生转矩。所述转矩限制器，由外环构件(1)、可以旋转地支撑在该外环构件(1)内部的内轮(2)、安装于此内轮(2)的外径面的线圈弹簧(4)、和封闭上述外环构件(1)的另一端部的盖构件(3)构成。上述线圈弹簧(4)的一端部与外环构件突部(12)卡合、另一端部与盖构件突部(18)卡合，在上述外环构件(1)的内径面上沿周方向设有多处限制突部(28)，并且在上述盖构件(3)的内面沿周方向设有多个突出的限制突部(31)，通过这些限制突部(28)、(31)的内面限制线圈弹簧(4)的弯曲的发生。

Description

转矩限制器

技术领域

本发明涉及一种打印机、复印机等的办公设备所使用的弹簧式转矩限制器，特别谋求间隙(back lash)的消除。

背景技术

历来为大家所熟识的用于办公设备等的弹簧式转矩限制器，如图7所示，由以下构件所构成：外环构件41，插入其内部并被可以相对旋转地支撑在一端部的轮毂部42中的内轮43，以规定的配合量安装在此内轮43的外径面的线圈弹簧44，在上述外环构件41的另一端部中封闭和嵌合固定在其内径面的内轮43的外径面之间的间隙、并且支撑自由旋转的内轮43的盖构件49。上述线圈弹簧44具有大径部44a和小径部44b，其小径部44b，以规定的配合量紧附在上述内轮43的外径面。在此小径部44b的端部设置了沿轴向弯曲的钩45，使其卡合在上述外环构件41的轮毂部42。还有，在大径部44a的端部也设置了沿轴向弯曲的钩46，使其卡合于盖构件49(参照专利文献1)。

上述的转矩限制器40，通过内轮43和外环构件41的相对旋转，从钩45一侧观看线圈弹簧44沿其盘绕方向进行旋转，则在小径部44b中产生扩径作用，使一定大小的转矩，即，规定转矩值产生。在使其沿与上述方向相反方向旋转时，在小径部44b，由于缩径作用生成，内轮43锁定，所以此时不能实现其作为转矩限制器的功能。即，仅具有单方向的转矩限制器的作用。

关于上述规定转矩值的大小调整，在固定外环构件41使用规定的工具使盖构件49从外部进行旋转，经过线圈弹簧44的大径部44a，小径部的配合量发生变化，由此，调整规定的转矩值。

上述的转矩限制器40，例如，通过将外环构件41的轮毂部42侧的端部与办公设备等的进纸辊47(参照图7、图8)的一端部相连接而供使用。作用于进纸辊47的负载转矩在转矩限制器40的规定转矩值以上时，转矩限制器40的外环构件41从负载侧(图8所示的供纸辊48)进行旋转(参照箭头a)送出纸张50，但是发生纸张50的重叠发送，则由于随着重叠发送摩擦的下降，负载转矩与转矩限制器40的规定转矩值相比变轻。因此，外环构件41和进纸辊47，从安装在轴51的内轮43侧通过线圈弹簧44向逆方向进行旋转(参照图8的点划线箭头b)，将与进纸辊47相接的纸张50推回，重叠发送得到解决。

在使用如上所述的由小径线圈弹簧部44a和大径线圈弹簧部44b构成的2段直径的线圈弹簧44的转矩限制器之外，使用单一直径的线圈弹簧的也为大家所知(参照专利文献2、3)。专利文献2的线圈弹簧，在其两端部形成有向径向外突的钩，此钩卡合于外环构件。还有，专利文献3的线圈弹簧，钩在两端部沿轴向突出而形成，此钩卡合于外环构件。

【专利文献1】特开平8-270673号公报(“实施例”，图1、图2)

【专利文献2】特开平10-110739号公报(“发明的实施方式”，图1)

【专利文献3】特开平11-257368(“发明的实施方式”，图1、图2)

对使用如上述的线圈弹簧的转矩限制器的问题点，根据图9进行说明。图9是图7的剖面图，线圈弹簧44为右卷。在外环构件41被固定的状态下，内轮43按与其盘绕方向相反的方向(参照箭头A)进行旋转，则由于钩45的部分被固定在外环构件41中，所以对线圈弹簧44(小径部44b)发生扩径作用，内轮43带有一定的转矩相对外环构件41进行旋转。从微观上看此时的线圈弹簧44的扩径作用，在对内轮43施加旋转力的最初，在线圈弹簧44的钩45的附近的弹簧的端部，暂时发生了如点划线所示的沿扩径方向鼓出的弯曲52。此时，对于线圈弹簧44的其他的盘绕部分的内轮43的配合量，由于没有发生实质的变化，所以内轮43处于锁定状态。使上述弯曲52发生的内部应力超过配合量产生的配合力，则此应力扩散至线圈弹簧全体，弯曲52消失，并且扩径作用波及到线圈弹簧44的全体，所以内轮43带有一定的转矩进行旋转。即，由线圈弹簧44的扩径作用使转矩发生，而发挥作为转矩限制器的作用。

如上所述，在通过内轮43和外环构件41的相对旋转转矩发生的初期，线圈弹簧44部分发生弯曲52，在直至其消失之间内轮43或外环构件44处于不能旋转的状态。即，从旋转力的输入到转矩发生为止的期间，发生时间上的延迟，即生成间隙(backlash)。间隙(backlash)生成，则在使用上述的进纸辊47时，就会发生错过进纸的时机的问题。

上述间隙(backlash)，不仅在线圈弹簧为2段直径的情况，在专利文献2、3的单一直径的情况也会应为同样的原因而发生。

此外，上述各专利文献所示的转矩限制器的线圈弹簧，任一个均在其两端部沿径向或轴向方向设有被弯曲的钩(参照，例如，图7的钩45、46)，但这些钩妨碍转矩限制器的小型化，并且在组装时需要将钩瞄准外环构件等的卡合孔进行插入工作，成为阻碍工作性的要因。

因此，对如下构成进行了考虑，如图10(a)(b)所示的转矩限制器40’，线圈弹簧44由单一直径形成，并且其两端部形成为保持其盘绕形状进行切断的端部(称作直端部45’、46’)，这些的直端部45’、46’分别抵于外环构件41的突出部53和盖构件49的突出部54的侧面。

从转矩限制器的小型化、对工作性的改善的观点出发，此构成是所期望的对策，但是这种情况同样因为在转矩发生的初期抵于突出部53(54)的直端部45’、46’发生弯曲，所以具有与上述同样的间隙(backlash)发生的问题。

另外，还有如下的问题。即，如图11所示，将具有直端部45’、(46’)的线圈弹簧44以一定的配合量安装在内轮43上时，在直端部45’、(46’)中，以其自由状态时的曲率半径进行弯曲卷附在内轮43上，其切断端55碰到内轮43的外径面。线圈弹簧44刚性低时，不是这样，直端部45’、(46’)弹性变形紧密接触于内轮43的外径面，但是在转矩限制器中，由于除有必要使其发生一定以上的转矩之外，还需将使线圈弹簧44制作成带有规定的大小的刚性，所以在端部中维持其自由状态的形状，生成如上述切断端55的抵接处。在如此状态下，安装在外环构件41的内部作为转矩限制器进行使用，则在线圈弹簧44的切断端55对内轮43的外径面进行干涉的状态下内轮43进行旋转，所以对于内轮43的外径面的承载变得不均从而有损内轮43的耐久性。

发明内容

本发明，从上述观点出发，提供一种具有不易发生间隙的结构的转矩限制器，并且提供一种在使用具有直端部线圈弹簧时不对内轮进行干涉而耐久性优异的转矩限制器。

为了解决上述课题，本发明的转矩限制器，由外环构件，和插入其内部、在其一端部的轮毂部中支撑可以相对旋转的内轮，和以规定的配合量安装在此内轮的外径面的线圈弹簧，和在上述外环构件的另一端部中嵌合固定于其内径面用来封闭和内轮的外径面之间的间隙的盖构件构成，使上述线圈弹簧的一端部卡合于上述外环构件中，另一端卡合于上述盖构件中，上述内轮和外环构件相对进行旋转时，由对上述线圈弹簧产生扩径作用，而使规定的转矩发生，其中，在上述外环构件和盖构件的任一方或两方设有限制上述线圈弹簧向扩径方向的一定以上的弯曲的限制面。

上述结构的转矩限制器，通过内轮和外环构件的相对旋转，使线圈弹簧旋转，则对线圈弹簧产生扩径作用使一定的转矩发生。在转矩发生的初期，在线圈弹簧的端部发生的弯曲，抵到限制面而被限制，使此弯曲发生的内部应力迅速地扩散至线圈弹簧整体而进行扩径作用，从而没有间隙而直接发生转矩。

设于外环构件的限制面，可以采用如下结构：由在外环构件的内径面沿周方向以规定的间隔所设的多个的限制突部的内面形成、或不设置这样的限制突部，通过设计外环构件的内径为规定直径而使内径面的全体作为限制面。

还有，设于盖构件的限制面，可以采用如下结构：由在盖构件的内面的周方向沿规定的间隔向内侧突出所设的多个的限制突部的内面形成。

此外，在上述线圈弹簧的两端部保持其盘绕形状而切断的直端部的情况下，可以具有如下结构：在此线圈弹簧的自由状态下其两端部各个端部附近形成了与其他部分相比曲率半径大的避让部，此曲率半径的大小设定为：在此线圈弹簧以规定的配合量装配到上述内轮上的状态下与其他盘绕部分的曲率半径实质上相等的大小。

如上所述，本发明的转矩限制器，通过在外环构件和盖构件上设置限制面，能够防止转矩发生初期的间隙所致的到转矩发生之前的延迟。还有，通过在线圈弹簧的端部设置避让部，可以防止对于内轮外径面的线圈弹簧端部的干涉，通过使作用于内轮的弹簧压均等化，从而提高内轮的耐久性。

附图说明

图1是实施方式的剖面图。

图2是图1的分解立体图。

图3(a)是图1的A-A线的剖面图，(b)是其B-B线的剖面(c)是(b)的一部分的扩大剖面图。

图4(a)是线圈弹簧的自然状态的正视图，(b)是上述线圈弹簧的安装状态的剖面图。

图5是间隙的比较试验结果的图。

图6是耐久性的比较试验结果的图。

图7是现有例的转矩限制器的剖面图。

图8是进纸部分的概要图。

图9是图7的X-X线的剖面图。

图10(a)是其他的现有例的剖面图，(b)是(a)图的线圈弹簧的剖面图。

图11为了说明现有例的问题点的剖面图。

图中：1-外环构件，2-内轮，3-盖构件，4-线圈弹簧，5-轮毂部，6-内径面，7-轴插入孔，8-内轮支撑部，10-转矩限制器，11-轮毂部内端面，12-外环构件突部，13-卡合沟，14-卡合突起，15-卡合凹部，16-卡合凸缘，17-孔，18-盖构件突部，28-限制突部，29-内端面，31-限制突部，32-内端面，33-避让部，34-避让部，33’-端面，34’-端面。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1以及图2所示的实施方式1的转矩限制器10，与现有的同样，由外环构件1、内轮2、环状的盖构件3以及线圈弹簧4构成。在外环构件1的一端部设有轮毂部5，从此轮毂部5到另一端的开放端之间形成有比线圈弹簧4直径大的内径面6。轮毂部5的中心部设有轴插入孔7，在此轴插入孔7的更内侧设有与其相比直径大的内轮支撑部8。在形成此内轮支撑部8和内径面6的段差部(台阶差)的轮毂部内端面11的一部分上设有外环构件突部12(参照图3(a))。此外环构件突部12贯通上述轮毂部内端面11的径向方向的宽度全体，其高度(轴向方向长度)形成为与构成线圈弹簧4的线材的断面的大小相比稍大。还有，在上述内径面6的开放端附近部分设有周方向的卡合沟13。还有，轮毂部5的侧端部的外面设有相对辊等的卡合突起14。

在上述的外环构件1的内径面6中，从上述轮毂部内端面11向外环构件1的开放端面侧在此内径面6的大约一半的范围内沿周方向设有3处限制突部28。限制突部28的周方向的间隔包括上述的外环构件12，为全周的四分之一左右。在各限制突部28的内端面29带有前端侧直径大的锥部(taper)。还有，各限制突部28的内面形成为属于半径为R的内接圆形(参照图3(a))的圆弧面。

内轮2具有与上述轴插入孔7同心同径的内径面，上述线圈弹簧4以规定的配合量装配在外径面。在上述轮毂部5的内轮支撑部8中此内轮2的一端部被嵌合支撑能够自由旋转，另一端部突出至外环构件1的外部。上述的盖构件3嵌合在此突出的端部的外径面。内轮2在从盖构件3突出的端部，设有和相对轴(未图示)立起的销的卡合凹部15。

卡合凸缘16形成在上述盖构件3的外径面，此卡合凸缘16嵌入上述的卡合沟13中。通过此盖构件3封闭外环构件1的内径面和内轮2的外径面之间，支撑内轮2自由旋转。盖构件3牢固地嵌合在外环构件1上，但是此嵌合强度为：当在设在盖构件3的外面的一对孔17中插入规定的工具使其进行旋转时能够相对外环构件1旋转的程度。

还有，盖构件突部18(参照图2、图3(b))设在盖构件3的内面。此盖构件突部18在盖构件3内面的径向的整个宽度其高度形成为与构成线圈弹簧4的线材的断面的大小相比稍大。还有，在盖构件3的内面中，外环构件1的内径面6的轴向长度的大约一半的长度的限制突部31，在周方向设有3处。限制突部31的周方向的间隔为包括上述的盖构件突部18在内全周的四分之一左右。在各限制突部31的内端面32附有前端侧直径小的锥部(taper)。还有，各限制突部31的内面形成为属于与上述的限制突部28同一半径R的大小的内接圆形(参照图3(b))的圆弧面。

线圈弹簧4，将钢丝(图示的是方丝，也可是圆丝)以单一直径卷曲规定圈数。在装配于内轮2前的自由状态中，两端部基本上为直端部，此时在从端部大约二分之一圈的范围中，形成与其他的线圈部分相比曲率半径大的避让部33、34(参照图4(a))。这些避让部33、34以外的线圈部分的内径，由于与上述内轮2的外径相比形成得稍小，所以为了使其嵌合在内轮2中，则需具有一定的配合量而装配。

线圈弹簧4以一定的配合量装配于内轮2，则线圈弹簧4被稍微扩径其曲率半径变大，与避让部33、34的曲率半径基本相等(参照图4(b))。换而言之，各避让部33、34的当初的曲率半径，设定为在装配于内轮22的状态下与其他的线圈部分的曲率半径实质上相等的大小。在线圈弹簧4的两端部，通过设置这样的避让部33、34，而使这些的端面33’、34’和内轮2的干涉得到消除。

将装配有如上述的线圈弹簧4的内轮2装入外环构件1嵌合上盖构件3。其后，固定外环构件1以及内轮2，在盖构件3的孔17中插入规定的工具使其按线圈弹簧4的卷曲方向进行旋转，则在其旋转途中，盖构件突部18卡合于线圈弹簧4的一方的端面34’的侧面(参照图3(b))。此外施加超过线圈弹簧4的配合力的力使其旋转，则另一方的端面34’卡合于外环构件突部12的侧面(参照图3(a))。由此，线圈弹簧4的两个端面33’、34’分别相对外环构件突部12和盖构件突部18在周方向无间隙地进行卡合。

在如此的组合的状态下，在线圈弹簧4的外径面的轴向的全长上，外环构件1的限制突部28和盖构件3的限制突部31的内面成为限制面，对向并且具有一定的限制间隙δ(参照图3(c))。

上述的限制间隙δ，考虑到树脂部件制造时的误差范围，设定为0.1mm≤δ≤0.3mm，优选为δ＝0.2mm。

实施方式1的转矩限制器如上所述构成，与现有的同样，通过外环构件1和内轮2的相对旋转随着线圈弹簧4的扩径作用而产生规定的转矩，但在转矩发生的初期，现有的卷曲端部发生的弯曲，通过使限制突部28、31的内径面成为限制面，限制卷曲端部鼓出，从而抑制卷曲端部的弯曲的发生。因此，在转矩的发生初期产生没有间隙发生的线圈弹簧4的扩径作用，直接产生转矩。还有，由于线圈弹簧4的两端面33’、34’预先形成避让部33、34，所以不会干涉内轮2的外径面，从而能够避免局部的压力的发生。

上述限制突部28、31，设为由两者遍及线圈弹簧4的全长而形成限制面，但是如果仅在对相对线圈弹簧4的端部的部分设置这些限制突部，则在此限制突部的后方，上述的弯曲的发生，从而不能够有效地防止弯曲的发生。最终设置遍及全长的限制突部28、31十分必要。还有，限制突部28、31仅设置其任一方，可以设为使其轴向长度达到线圈弹簧4的全长。

还有，作为防止转矩发生初期的线圈弹簧4的弯曲的其他方法，对通过上述的限制突部28、31形成限制面的方法进行变换，通过使外环构件1的内径面的全体形成具有上述限制间隙δ的径的限制面，也可以得到同样的作用效果。

还有，使用现有那样在两端部设有钩的构件作为线圈弹簧4时，或使用2段径的线圈弹簧时，因为转矩发生初期发生弯曲，所以设置如上述的限制突部33、34，或设置由外环构件1的内径面而形成的限制面，均是有效地消除间隙的方法。

[试验例1]

(1)试验内容

在图1所示的实施方式1的转矩限制器中，在设有限制突部28、31和没设置这些的构件中，进行了间隙的尺寸的比较试验。

(2)试验条件

发生转矩：34.5mN·m(350gf·cm)

旋转速度：4min^-1

测定环境：室温

旋转方向：顺时针方向旋转

(3)试验结果

试验结果在图5中表示。

[试验例2]

(1)试验内容：在上述的实施方式1的转矩限制器中，进行了在线圈弹簧4上设有避让部33、34的和没设置的耐久试验。

(2)试验条件

发生转矩：34.5mN·m(350gf·cm)

旋转速度：300min^-1

旋转方向：顺时针方向旋转

耐久时间：1000小时

试验结果：试验结果在图6中表示。

Claims (5)

1.一种转矩限制器，由外环构件、插入该外环构件的内部并可以相对旋转地支撑在一端的轮毂部中的内轮、以规定的配合量套于该内轮的外径面上的线圈弹簧、和嵌合固定在上述外环构件的另一端部的内径面上用来封闭上述外环构件的内径面和内轮外径面之间的盖构件，

上述线圈弹簧的一端部与上述外环构件卡合、上述线圈弹簧的另一端部与上述盖构件卡合，在上述内轮和外环构件相对旋转时通过在上述线圈弹簧上产生的扩径作用而使规定的转矩产生，其中，

并且，在上述外环构件和盖构件中任一方或两方上设有限制上述线圈弹簧向扩径方向弯曲一定以上的限制面。

2.根据权利要求1所述的转矩限制器，其特征在于，设于上述外环构件上的限制面由多个限制突部的内面形成，且该多个限制突部沿周向以规定的间隔设在该外环构件的内径面上。

3.根据权利要求1所述的转矩限制器，其特征在于，设于上述外环构件上的限制面由该外环构件的整个内径面形成。

4.根据权利要求1所述的转矩限制器，其特征在于，设于上述盖构件上的限制面由多个限制突部的内面形成，且该多个限制突部沿周向以规定的间隔向内突出设置在该盖构件的内面。

5.根据权利要求1～4任一所述的转矩限制器，其特征在于，上述线圈弹簧的两端部是在保持盘绕的形状的状态下被切断的直端部时，在该线圈弹簧的自由状态下，在该线圈弹簧的两端部以各个端部的附近的曲率半径比其他部分的曲率半径大的方式形成避让部，该曲率半径的大小设定为：在将该线圈弹簧以规定的配合量套在上述内轮上的状态下，该避让部的曲率半径与其他的线圈部分的曲率半径基本相等。

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