JP2010091006A

JP2010091006A - トルクリミッタ

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Publication number: JP2010091006A
Application number: JP2008261873A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 貴志山本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: CN102171476B; JP5445900B2; CN102171476A; US20110192694A1; WO2010041597A1; US8425333B2

Abstract

【課題】ばね式トルクリミッタにおいて、内輪に装着したコイルばねの切断端面に残存することがあるバリが内輪外径面に接触することを防止すべく、当該切断端部を内輪外径面から浮かした構造をとった場合に、その切断端部がトルクリミッタのビビリ発生源となることを防止することである。
【解決手段】内輪１３に装着されたコイルばね１４の一方の切断端部２５を、外環部材１１の内径面に設けた外環側ばね受け突起２３の凹部２７に挿入し、他方の切断端部２６を蓋部材１５の内面に設けられた蓋側ばね受け突起２４の凹部２８に挿入し、それぞれ凹部２７、２８によって切断端部２５、２６を拘束した構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリンタ、複写機などの紙さばき部等に使用されるトルクリミッタに関するものである。

この種のトルクリミッタは、一般に、外環部材と、その内部に挿入され一端部のボス部において回転自在に支持された内輪と、前記内輪の外径面に所要の締め代をもって装着された単一径のコイルばねと、前記外環部材の他端部においてその内径面に嵌合され内輪外径面との間を閉塞する蓋部材とから構成される（特許文献１）。

前記のトルクリミッタは、コイルばねの一方の切断端部を前記外環部材に、他方の切断端部を前記蓋部材に係合させ、前記内輪と外環部材とが相対回転する際に前記コイルばねに生じる拡径作用により所定のトルクを発生させる。

前記のように、コイルばねを単一径のコイルによって構成すること、及び、その両端部に径方向に屈曲させたフックを設けることなくコイルを構成する鋼線を直角に切断した構成とすることにより、トルクリミッタ全体の小型化を図っている。
特開２０００−１７０３０７号公報

前記従来のトルクリミッタにおいては、コイルばねの両端部は、コイルを構成する鋼線を直角に切断したものであるから、その切断面にバリが残存することがある。バリが残存したコイルばねを内輪の外径面に締め代をもって装着した場合、そのバリが内輪外径面を傷つけたり、異音の発生の原因になったりする問題がある。

この問題を解消するために、コイルばねの両端部の曲率半径を大きく形成することにより、内輪外径面に装着した際に、両端部を内輪外径面から径方向に浮かし、前記のバリが内輪外径面に接触させないようにすることが考えられる。

しかし、上記の構成によると、コイルばね両端部がフリー状態となるため、振動を生じやすく、トルクリミッタのビビリの発生源となる問題がある。

そこで、この発明は、コイルばねの両端部が内輪外径面から離れフリー状態に装着された場合においても、その両端部の振動を抑制し、トルクリミッタのビビリの発生源となることを防止することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、外環部材１１と、その内部に挿入され回転自在に支持された内輪１３と、前記内輪１３の外径面に所要の締め代をもって装着されたコイルばね１４と、前記外環部材１１の他端部の内径面に嵌合され内輪１３の外径面との間を閉塞する蓋部材１５とからなり、前記コイルばね１４の一方の切断端部２５を前記外環部材１１に、他方の切断端部２６を前記蓋部材１５にそれぞれ係合させ、前記外環部材１１と内輪１３とが相対回転する際に前記コイルばね１４に生じる拡径作用により所定のトルクを発生させるようにしたトルクリミッタにおいて、前記コイルばね１４の両方の切断端部２５、２６は、該コイルばね１４が前記内輪１３に装着された状態において内輪外径面から径方向に離れた状態にあり、一方の切断端部２５が外環部材１１に設けられた外環側拘束手段により、他方の切断端部２６が蓋部材１５に設けられた蓋側拘束手段によってそれぞれ拘束された構成を採用した。

前記外環側拘束手段として、これを外環部材１１の内径面に突き出して設けられた外環側ばね受け突起２３に当該コイルばね１４の一方の切断端部２５に対向して開口した凹部２７を設けることにより構成することができる。

また、前記蓋側拘束手段として、これを蓋部材１５の内面に突き出して設けられた蓋側ばね受け突起２４に当該コイルばね１４の他方の切断端部２６に対向して開口した凹部２８を設けることにより構成することができる。

前記各凹部２７、２８に当該コイルばね１４の切断端部２５、２６を挿入して拘束することにより、その振動が抑制される。

この発明は、内輪１３の外径面から浮き上がったコイルばね１４の一方の切断端部２５が、外環側ばね受け突起２３等の外環側拘束手段により、また、他方の切断端部２６が蓋側ばね受け突起２４等の蓋側拘束手段によりそれぞれ拘束されるため、これらの切断端部２５、２６の振動を抑制することができる。これによりトルクリミッタの回転時においてビビリが発生することがなく、高い安定性をもったトルクリミッタを提供することができる。

以下、この発明に係るトルクリミッタの実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１から図３に示した実施例１のトルクリミッタは、外環部材１１と、その内部に挿入され一端部のボス部１２において回転自在に支持された内輪１３と、前記内輪１３の外径面に所要の締め代をもって装着された単一径のコイルばね１４と、前記外環部材１１の他端部においてその内径面に嵌合され内輪外径面との間を閉塞する蓋部材１５とによって構成される。

ボス部１２の内径面に設けた段差面２２を経てラジアル軸受部１６ａ及びスラスト軸受部１６ｂが形成され、前記内輪１３の一端部がこれらの軸受部１６ａ、１６ｂにおいて相対回転可能に支持される。

内輪１３の他端部は、蓋部材１５の内径面を貫通して外部に突き出す。蓋部材１５の外径面に設けられた係合リブ１７が外環部材１１の内径面に設けられた係合溝１８に係合される。外環部材１１の前記ボス部１２側の内径面には軸穴１９が設けられる。

前記外環部材１１の内径面２１と段差面２２が作る角部に、外環側ばね受け突起２３が設けられる（図２（ａ)、図３参照）。同様に蓋部材１５の内面に蓋側ばね受け突起２４が設けられる。外環側ばね受け突起２３と、蓋側ばね受け突起２４には、それぞれ、コイルばね１４の切断端部２５、２６を受け入れるために、周方向の一定向きの開口を有する凹部２７、２８が形成される。

前記の外環側ばね受け突起２３と蓋側ばね受け突起２４は、それぞれ「特許請求の範囲」にいう「外環側拘束手段」と「蓋側拘束手段」を構成する。

コイルばね１４は、断面四角形の線材を所要のピッチで単一径に巻いたものであるが、その両端部においては、切断端面を含む切断端部２５、２６の部分が、約半周にわたり単一径部分（トルク発生部分）の半径より大きい曲率半径をもった円弧形状又は楕円形状に形成される（図２（ａ）（ｃ）参照）。

これらの切断端部２５、２６は、内輪１３に所定の締め付け代をもって装着した状態においても、内輪１３の外径面から径方向に離れた（又は浮いた）フリー状態にあり、内輪１３の外径面に接触することがない。したがって、切断端面に生じることがあるバリの部分が内輪１３に接触するおそれはない。

コイルばね１４が内輪１３に装着された前記の状態において、該コイルばね１４の両端間の軸方向長さと、蓋部材１５を外環部材１１の開放部内径面に嵌合した状態における外環側ばね受け突起２３の凹部２７と蓋側ばね受け突起２４の凹部２８との軸方向長さは、同一長さＬ_１（図１参照）に設定される。また、コイルばね１４の内輪１３に対する装着位置は、内輪１３の係合凹部３０を設けた側の端面から前記切断端部２６の端面までの軸方向長さが一定長さＬ_２となるように設定される。

以上の構成からなるトルクリミッタを組み立てる際は、コイルばね１４を所定位置に装着した内輪１３に蓋部材１５を嵌合し、切断端部２６の先端部を蓋側ばね受け突起２４の凹部２８に挿入する。その状態で内輪１３の係合凹部３０側の端部を下向きにして、蓋部材１５とともに組み立て治具に組み込む。内輪１３の上部から外環部材１１を嵌合し、その係合溝１８を蓋部材１５の係合リブ１７に嵌合させる。そのうえで、外環部材１１をコイルばね１４の巻き方向（図示の場合右巻き）に相対回転させると、その切断端部２５が外環側ばね受け突起２３の凹部２７に挿入される。

その他、図中、２９は外環部材１１のボス部１２側の端部に設けられた一対の係合突起、３１は蓋部材１５の外端面に設けられた工具係合凹部である。

実施例１のトルクリミッタは以上のようなものであり、外環部材１１と内輪１３が左右いずれか一方向に相対回転した場合、一方の切断端部２５又は２６の先端が凹部２７又は２８に突き当てられるので、コイルばね１４に拡径作用が生じ、所定のトルクを発生させる。

このとき、コイルばね１４の各切断端部２５、２６は凹部２７、２８の内面に接触することにより拘束されるので（図２（ｂ）参照）、トルクリミッタの回転に起因する振動の発生が抑制される。

図４から図６示した実施例２のトルクリミッタは、基本的には前記の実施例１の場合と同様であり、コイルばね１４の切断端部２５、２６を外環側ばね受け突起２３、蓋側ばね受け突起２４の各凹部２７、２８に挿入して拘束して振動を抑制する点も同様である。

しかし、この実施例２の場合は、切断端部２５、２６の振動の発生を一層効果的に抑制すべく、次の構成を備えている。

即ち、外環部材１１の段差面２２は、前記実施例１の場合は、軸線に対し直角の平面に形成されており、コイルばね１４の端面がこの段差面２２に接触することはない構成であったが、この実施例２の場合の段差面２２は、コイルばね１４の一方の端面に沿った螺旋面３２に形成される。

また、蓋部材１５の内面２２ａもコイルばね１４の他方の端面に沿った螺旋面３４に形成される。

なお、これらの螺旋面３２、３４に突設される前記の外環側ばね受け突起２３の凹部２７、及び蓋側ばね受け突起２４の凹部２８は、いずれも螺旋面３２、３４と同一面にあるように形成される（図４参照）。

前記の螺旋面３２は、コイルばね１４の切断端部２５を含む１周回（３６０度）のうちの３４０度の範囲にわたり形成され（図５、図６の点Ａから点Ｅまでの螺旋面Ｆ（３２）参照）、残りの２０度の範囲（点Ｅから点Ａまでの範囲）は平坦面Ｇとなっている。蓋部材１５側の螺旋面３４も同様である。コイルばね１４の切断端部２５、２６を含む両端面は、それぞれ螺旋面３２、３４に接触する。

この場合、外環側ばね受け突起２３及び蓋側ばね受け突起２４の各凹部２７、２８は、いずれも螺旋面３２、３４と同一面に形成されているので、これらの凹部２７、２８に挿入される切断端部２５、２６が螺旋面３２、３４から浮き上がることが避けられる。

前記のように、コイルばね１４の両方の切断端部２５、２６は、実施例１の場合と同様に、凹部２７、２８に挿入されることにより拘束される一方、その切断端部２５、２６を含む両端面が螺旋面３２、３４に接触することにより、この部分においても拘束されるので振動が一層抑制される。

図７に示した実施例３のトルクリミッタは、前記実施例１の場合と基本的には同一構造であるが、コイルばね１４の自然長ａと装着時の長さｂに差がある点で実施例１の場合と相違する。

即ち、図７（ａ）（ｂ）に示したように、コイルばね１４の自然長aに対し、外環側ばね受け突起２３の凹部２７と、蓋側ばね受け突起２４の凹部２８間の軸方向長さｂの関係は、ａ＞ｂの関係に設定される。これによって、コイルばね１４は軸方向に圧縮された状態で前記凹部２７、２８の間に装着され、凹部２７、２８の軸方向の内面に押圧力を及ぼす。その押圧力によって各切断端部２５、２６に対する拘束力が増し、振動抑制効果が実施例１の場合より一層増加する。

この場合の凹部２７は、段差面２２と同一面を含むように形成し、他方の凹部２８も蓋部材１５の内面２２ａと同一面を含むように形成する。そうすれば、組み立て時において、蓋部材１５に対し外環部材１１を相対回転させた場合に、圧縮状態にあるコイルばね１４の切断端部２５、２６を凹部２７、２８に円滑に嵌入させることができる。

また、実施例２の場合と同様に、段差面２２及び内面２２ａをそれぞれ螺旋面３２、３４に形成し、コイルばね１４の両端面を各螺旋面３２、３４に接触させるようにしてもよい。

さらに、前記コイルばね１４の自然状態における線材間のピッチｃと、線材の線径ｄの関係をｃ＜ｄの関係に設定しておくことにより、ばね組み込み作業時におけるコイルばね１４相互の絡み合いが防止され、ばね組み込み作業を円滑に行うことができる。

実施例４は、コイルばね１４の切断端部２５、２６の形状に関するものである。前記の実施例１から３の場合、切断端部２５、２６の曲線形状は、特にこだわるものではなく、楕円形状の一部をなす曲線であっても差し支えないものであった。図８において一点鎖線で示した切断端部２５、２６は楕円形状の一部をなす曲線で形成した場合を示す。

これに対して、実施例４の場合は、実施例１から３の場合のコイルばね１４において、切断端部２５、２６がコイルばね１４の中心Ｏに対し、所定量偏心した点Ｏ_１を中心とした半円形の円弧形状をなす曲線によって形成したものである（図８の実線参照）。

このように切断端部２５、２６を円弧形状に形成することにより、前記の楕円形状の一部をなす曲線によって形成したものに比べ、振動抑制効果があることが実験的に確かめられている。

次に、図９から図１２に示した実施例５のトルクリミッタは、前記各実施例の場合と同様に、外環側ばね受け突起２３及び蓋側ばね受け突起２４を設け、コイルばね１４の切断端部２５、２６をこれらの凹部２７，２８に挿入して拘束する構成を基本とする。

この基本構成に加え、コイルばね１４がトルク発生の初期において部分的に拡径方向へ膨らむことによって生じるトルク発生の時間遅れ、いわゆるバックラッシを防止する機能を付加したものである。

前記のバックラッシを防止するために、外環部材１１と蓋部材１５の対向面に軸方向に突き出した規制突起を周方向に３箇所突設する構成は、特許文献１に開示されている（例えば、同文献１の図１、図２参照）。

しかし、前記のような複数の規制突起を設けた構成によると、組み立て時において、組み立て治具に取り付けた内輪１３に対するコイルばね１４の切断端部２５の端部に対し、外環部材１１の外環側ばね受け突起２３の位置（位相）を合わせて組み合わせる必要があり、作業性を阻害する要因となる。

この実施例５の場合は、図９及び図１１に示したように、蓋部材１５の内面２２ａに規制筒３５を同芯状態に設けた構成を採っている。規制筒３５の先端は、外環部材１１の段差面２２に接近する軸方向長さを有する。また、図１１に示したように、蓋部材１５の内面に形成された蓋側ばね受け突起２４を含んだ所定幅の切欠き３６が全長にわたり設けられる。規制筒３５の先端面にはテーパ面３７が形成される。

前記の規制筒３５の内径面は、コイルばね１４の外径面との間に０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ程度のすき間がある。このすき間は、コイルばね１４との相対回転に支障を来たすことがない範囲において、コイルばね１４の膨らみを規制するに必要な大きさに設定される。

図１２（ａ）に示したように、前記のコイルばね１４を内輪１３の外径面の所定位置に装着した状態で、規制筒３５の切欠き３６の位置に切断端部２５、２６を合わせて蓋部材１５と嵌合され、一方の切断端部２６が蓋側ばね受け突起２４の凹部２８に挿入される。この状態において、他方の切断端部２５は切欠き３６の開放端に臨んでいる。さらに、外環部材１１を規制筒３５の外径面に嵌合させると、規制筒３５の先端面が外環部材１１の外環側ばね受け突起２３に突き当たる。
図１２（ｂ）に示したように、前記の状態から外環部材１１を所要角度相対回転させると、該外環側ばね受け突起２３が切欠き３６に嵌る。さらに相対回転が進むと、図１２（ｃ）に示したように、外環側ばね受け突起２３の凹部２７に切断端部２５が挿入される。
この実施例５の場合、規制筒３５によってコイルばね１４の部分的な膨らみによるバックラッシを防止する一方、コイルばね１４の両方の切断端部２５、２６をそれぞれ外環側ばね受け突起２３の凹部２７及び蓋側ばね受け突起２４の凹部２８に挿入することによって、振動の抑制を図るものである。
なお、前記実施例２から４の対策を併せて採用することができる。

実施例１の断面図（a）図１のＸ_１−Ｘ_１線の断面図、（ｂ）同じくＸ_２−Ｘ_２線の断面図、（ｃ）同じくＸ_３−Ｘ_３線の断面図実施例１の分解斜視図実施例２の断面図図４のＸ_４−Ｘ_４線の断面図実施例２の螺旋面の説明グラフ（ａ）実施例３の断面図、（ｂ）実施例３のコイルばねの断面図実施例４のコイルばねの拡大平面図実施例５の断面図（ａ）図９のＸ_５−Ｘ_５線の断面図、（ｂ）同じくＸ_６−Ｘ_６線の断面図実施例５の分解斜視図（ａ）〜（ｃ）実施例５の組立て状態を示す断面図

符号の説明

１１外環部材
１２ボス部
１３内輪
１４コイルばね
１５蓋部材
１６ａラジアル軸受部
１６ｂスラスト軸受部
１７係合リブ
１８係合溝
１９軸穴
２１内径面
２２段差面
２２ａ内面
２３外環側ばね受け突起
２４蓋側ばね受け突起
２５切断端部
２６切断端部
２７凹部
２８凹部
２９係合突起
３０係合凹部
３１工具係合凹部
３２螺旋面
３４螺旋面
３５規制筒
３６切欠き
３７テーパ面

Claims

外環部材(１１)と、その内部に挿入され回転自在に支持された内輪(１３)と、前記内輪(１３)の外径面に所要の締め代をもって装着されたコイルばね(１４)と、前記外環部材(１１)の他端部の内径面に嵌合され内輪(１３)の外径面との間を閉塞する蓋部材(１５)とからなり、前記コイルばね(１４)の一方の切断端部(２５)を前記外環部材(１１)に、他方の切断端部(２６)を前記蓋部材(１５)にそれぞれ係合させ、前記外環部材(１１)と内輪(１３)が相対回転する際に前記コイルばね(１４)に生じる拡径作用により所定のトルクを発生させるようにしたトルクリミッタにおいて、
前記コイルばね(１４)の両方の切断端部(２５、２６)は、該コイルばね(１４)が前記内輪(１３)に装着された状態において内輪外径面から径方向に離れた状態にあり、一方の切断端部(２５)が外環部材(１１)に設けられた外環側拘束手段により、他方の切断端部(２６)が蓋部材(１５)に設けられた蓋側拘束手段によってそれぞれ拘束されたことを特徴とするトルクリミッタ。
前記外環側拘束手段が、該外環部材(１１)の内径面に突き出して設けられた外環側ばね受け突起(２３)に当該コイルばね(１４)の一方の切断端部(２５)に対向して開口した凹部(２７)を設けることにより構成され、前記蓋側拘束手段が、該蓋部材(１５)の内面に突き出して設けられた蓋側ばね受け突起(２４)に当該コイルばね(１４)の他方の切断端部(２６)に対向して開口した凹部(２８)を設けることにより構成され、前記各凹部(２７、２８)に当該コイルばね(１４)の切断端部(２５、２６)を挿入して拘束したことを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
前記外環部材(１１)の内径面に形成された段差面(２２)と蓋部材(１５)の内面(２２ａ)が、それぞれ前記コイルばね(１４)の各切断端部(２５、２６)を含む端面の螺旋形状に合致する螺旋面（３２、３４）に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクリミッタ。
前記段差面（２２）に突設された外環側ばね受け突起（２３）の凹部（２７）
及び蓋部材(１５)の内面(２２ａ)に突設された蓋側ばね受け突起(２４)の凹部(２８)が、それぞれ前記螺旋面(３２、３４)と同一面を有する位置に形成されたことを特徴とする請求項３に記載のトルクリミッタ。
前記外環側ばね受け突起(２３)の凹部(２７)と、蓋側ばね受け突起(２４)の凹部(２８)の間隔(ｂ)が、前記コイルばね(１４)の自然長(ａ)より短い間隔に形成されたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のトルクリミッタ。
前記コイルばね(１４)の自然状態におけるばねピッチ(ｃ)が、当該コイルばね(１４)の線径(ｄ)以下の大きさに設定されたことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のトルクリミッタ。
前記コイルばね(１４)の両方の切断端部(２５、２６)が該コイルばね(１４)の中心(Ｏ)に対して偏心した中心(Ｏ_１)をもった円弧形状に形成されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のトルクリミッタ。
前記蓋部材(１５)の内面に、前記コイルばね(１４)より微小寸法だけ大径で、前記外環部材(１１)の段差面(２２)に達する長さの規制筒(３５)を該蓋部材(１５)と同芯状態に設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のトルクリミッタ。
前記規制筒(３５)に、その全長にわたる所要幅の切欠き(３６)を設けたことを特徴とする請求項８に記載のトルクリミッタ。