JP4467502B2 - Torque limiter - Google Patents
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Description
この発明は、プリンタ、複写機等の事務機に使用されるばね式トルクリミッタに関し、特にコイルばねの振動又は異音の発生防止対策に関するものである。 The present invention relates to a spring-type torque limiter used in office machines such as printers and copying machines, and more particularly to measures for preventing the occurrence of vibrations or abnormal noises in coil springs.
事務機等に用いられるばね式トルクリミッタとして従来から知られているものは、図5に示したように、外環部材41と、その内部に挿入され一端部のボス部42において相対回転可能に支持された内輪43と、該内輪43の外径面に所要の締め代で装着されたコイルばね44と、前記外環部材41の他端部においてその内径面に嵌合固定され内輪43の外径面との間を閉塞するとともに内輪43を回転自在に支持する蓋部材49とからなる。前記コイルばね44は大径部44aと小径部44bを有し、その小径部44bが前記内輪43の外径面に所要の締め代で緊縛されている。該小径部44bの端部にアキシャル方向に屈曲したフック45が設けられ、これを前記外環部材41のボス部42に係合させている。また大径部44aの端部にもアキシャル方向に屈曲したフック46が設けられ、これを蓋部材49に係合させている(特許文献1参照)。
As shown in FIG. 5, a conventionally known spring-type torque limiter used for an office machine or the like is relatively rotatable at an
上記のトルクリミッタ40は、内輪43と外環部材41の相対回転によりコイルばね44がその巻き方向(図示の場合、右巻き)とフック45側から見て同じ回転方向(図示の場合、フック45側から見て右回転方向)に回転すると、小径部44bにおいて拡径作用が生じ一定の大きさのトルク、即ち、規定トルク値を発生させる。前記と反対方向に相対回転が生じた場合は小径部44bにおいて縮径作用が生じ内輪43がロックするので、この場合はトルクリミッタとしての機能は果たし得ない。即ち、一方向トルクリミッタとしての作用を行う。
In the
しかし、前記トルクリミッタは、内輪43と外環部材41の相対回転によるトルク発生の初期において、コイルばね44のフック45の近傍に部分的な撓み52が発生し(図6参照)、それが消失して小径部44bの全体が拡径するまでの間は内輪43又は外環部材41が回転できない状態にある。即ち、回転力の入力からトルク発生までの間に時間的な遅れ、即ちバックラッシが生じ、トルク伝達のタイミングにずれが生じる問題がある。
However, in the torque limiter, in the initial stage of torque generation due to the relative rotation of the
一方、前記のトルクリミッタのコイルばね44は、大径部44aが存在し、また両端部にアキシャル方向に屈曲されたフック45、46が存在することによりトルクリミッタの小型化の妨げになるとともに、組み立て時においてフックを外環部材等の係合穴を目掛けて差し込む作業が必要となり、そのことが作業性を阻害する要因にもなる。
On the other hand, the
これらの問題を解消するために、図7(a)(b)に示したように、コイルばね44として単一径のものを用い、かつその両端部をコイル形状を保持したまま切断した端部(ストレート端部45’、46’と称する。)に形成し、それらの端部45’、46’を、それぞれ外環部材41の内径面に設けた外環部材突部53及び蓋部材49に設けた蓋部材突部54の側面にそれぞれ突き当てる構造(図7(b)参照)が考えられる。
In order to solve these problems, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), a coil spring having a single diameter is used, and both ends thereof are cut while retaining the coil shape. (Referred to as
しかし、このようなコイルばね44を内輪43に一定の締め代をもって装着した場合、図8に示したように、コイル部分56は若干拡径され曲率半径が大きくなるが、ストレート端部45’とその近傍の部分は、コイル部分56の曲率半径より小さい自由状態のときの曲率半径を保って湾曲したまま内輪43に巻き付き、その先端が内輪43の外径面に対し突き当たるため、内輪43の回転に対し干渉を生じる不具合が発生する。なお、他方のストレート端部46’においても同様の現象が生じる。
However, when such a
以上のような問題点を解消すべく、この出願人は、先に前記コイルばね44を改良した改良型トルクリミッタを特許出願した(特願2004−362804号、特願2005−36352号)。この改良型トルクリミッタにおいて用いるコイルばね44は、図9(a)から(c)に示したように、両端部近傍に自由状態において他のコイル部分56より大きい曲率半径となる円弧部57、58を設け、その曲率半径の大きさを該コイルばね44が拡径されて内輪43に所要の締め代をもって装着された状態(図9(b)の一点鎖線、図9(c)参照)においてコイル部分56の曲率半径と実質的に等しくなる大きさに設定し、さらに、外環部材41の内径面又は蓋部材49の一方又は双方に3箇所の規制突部59を設けている。
In order to solve the above problems, the present applicant has applied for a patent for an improved torque limiter in which the
上記改良型トルクリミッタは、両端部にフックを設けることなく、円弧部57、58の各先端面57’、58’をそれぞれ外環部材突部(図示省略)、蓋部材突部54の側面に突き当てた形状をなしているので小型化に適する。また、円弧部57、58を有することから先端面57’、58’の内輪43に対する干渉も防止することができ、さらに規制突部59により部分的な撓みの発生を抑制することにより、バックラッシの発生も抑制できる効果を奏する。
ところで、ばね式トルクリミッタにおいては、コイルばねと内輪間の摺動面の摩擦係数の変動によってコイルばねに振動が発生し、その振動がコイルばねによって増幅されることにより異音発生の原因となる場合がある。特に、低速回転においては、油膜形成が困難であることから摩擦係数の変動が起こり易く異音が発生し易い。かかる異音は、事務機のユーザにとって不快な騒音となる。潤滑方式によって摩擦係数を安定させて振動を抑える方法はあるが、近年、いわゆるケミカルアタックが問題視されている中でベースオイルに添加できる添加剤に制限を受けるため、十分な対策とは成り得ない。このため、機械的な方法で振動の発生、異音の発生を防止する手段を講じる必要がある。 By the way, in the spring-type torque limiter, vibration is generated in the coil spring due to the variation of the friction coefficient of the sliding surface between the coil spring and the inner ring, and the vibration is amplified by the coil spring, causing abnormal noise. There is a case. In particular, at low speed rotation, it is difficult to form an oil film. Such abnormal noise becomes unpleasant noise for the user of the office machine. Although there is a method of stabilizing the coefficient of friction and suppressing vibration by a lubrication method, in recent years, so-called chemical attack is regarded as a problem, and since it is limited by additives that can be added to base oil, it can not be a sufficient measure . For this reason, it is necessary to take measures to prevent the occurrence of vibrations and abnormal noises by a mechanical method.
一方、前記特許出願にかかる改良型トルクリミッタは、一応所期の目的を達成することはできるが、コイルばね44の両端部に設けた円弧部57、58の先端面57’、58’を外環部材突部(図示省略)、蓋部材突部54の側面に突き当てただけの構造であるので円弧部57、58の剛性が十分でない。このため、円弧部57については、図9(c)に示したように、内輪43が反時計方向Aに回転した場合に円弧部57の先端面57’が蓋部材突部54に押し付けられ、このとき矢印Fで示した力が作用し円弧部57が外側に押し拡げられる(図9(c)の一点鎖線参照)。このため、円弧部57の剛性が下がり摺動部の振動がこの部分に伝わって振動し異音が発生する原因となる。なお、円弧部58側においても同様の現象が発生する。
On the other hand, the improved torque limiter according to the above-mentioned patent application can achieve the intended purpose, but the front end surfaces 57 ′ and 58 ′ of the
そこで、この発明は前記改良型トルクリミッタにおけるコイルばね端部の剛性を高めることにより振動及び異音の発生を抑制したトルクリミッタを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a torque limiter that suppresses the generation of vibration and noise by increasing the rigidity of the coil spring end portion in the improved torque limiter.
前記の課題を解決するために、この発明は、図1に示したように、外環部材1と、その内部に挿入され一端のボス部5において相対回転可能に支持された内輪2と、該内輪2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4と、前記外環部材1の他端部においてその内径面に嵌合固定され内輪2の外径面との間を閉塞する蓋部材3とからなり、前記コイルばね4の一端部を外環部材突部12に、他端部を蓋部材突部18に係合させ、前記内輪2と外環部材1とが相対回転する際に前記コイルばね4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を前提要件として、以下の構成を採用した。
In order to solve the above-mentioned problem, as shown in FIG. 1, the present invention includes an
即ち、図4(a)(b)に示したように、前記コイルばね4の両端部を含む各端部近傍に自由状態においてコイル部分4aより大きい曲率半径を有する円弧状の円弧部33、34が設けられ、その曲率半径の大きさが該コイルばね4が拡径されて前記内輪2に所要の締め代をもって装着された状態において前記コイル部分4aの曲率半径と実質的に等しくなる大きさに設定される。
That is, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), arc-shaped
また、図3(a)(b)に示したように、前記外環部材突部12と蓋部材突部18の各側面12a、18aが前記外環部材1の半径方向の基準線L1に対し一定角度θだけ傾斜し、その傾斜した各側面12a、18aと内輪2との間に前記円弧部33、34の各先端面33’、34’が突き当てられた構成を採用した。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the side surfaces 12 a and 18 a of the outer
前記構成のトルクリミッタは、コイルばね4両端の円弧部33、34の各先端面33’、34’が角度θを有する側面12a、18aにそれぞれ突き当てられ、内径方向の力F(図3(d)参照)を受け、外径方向への移動が規制される。これにより両端円弧部33、34の剛性が高まり、振動及び異音の発生が抑制される。
In the torque limiter having the above-described configuration, the front end surfaces 33 ′ and 34 ′ of the
以上のように、この発明のトルクリミッタは、コイルばね4の両端円弧部33、34の剛性が高まるので振動の発生及びその振動に起因する異音の発生を抑制できる効果がある。機械的な構造によって剛性を高めているので、ケミカルアタックが発生する心配はなく、また、低速回転時における振動及び異音の発生が解決されるため、事務機の紙さばき部等の回転速度を低く設定することができ確実な紙さばきを行うことができる。また、騒音の発生が抑制できるのでユーザに不快感を与えることもない。
As described above, the torque limiter according to the present invention has an effect of suppressing the generation of vibration and the generation of abnormal noise due to the vibration because the rigidity of the
以下、添付図面に基づいてこの発明の実施形態を説明する。図1から図3に示したように、実施形態のトルクリミッタ10は、従来の場合と同様に、外環部材1、内輪2、環状の蓋部材3及びコイルばね4とからなる。外環部材1の一端部にボス部5が設けられ、そのボス部5から他端の開放端に至る間にコイルばね4より大径の内径面6が形成される。ボス部5の中心部に軸挿通穴7が設けられ、その軸挿通穴7より内側においてこれより大径の内輪支持部8が設けられる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the
その内輪支持部8と前記内径面6との段差部を形成するボス部内端面11の一部に外環部材突部12(図3(a)参照)が設けられる。この外環部材突部12は前記ボス部内端面11の径方向の幅全体にわたる大きさに設定され、内輪2の外径面に接近する。また、その高さ(軸方向長さ)がコイルばね4を構成する線材の断面の大きさより若干大きく形成され、該コイルばね4の先端面33’が当接することができ、かつ、コイルばね4の2周目の部分には干渉することがない大きさに形成される。
An outer ring member protrusion 12 (see FIG. 3A) is provided on a part of the boss portion
前記外環部材突部12は軸方向の2つの側面を有するが、そのうちコイルばね4の先端面33’が当接される方の側面12a(図3(a)参照)は外環部材1の中心Oを通る半径方向の基準線L1に対し一定の傾斜角θだけ当該先端面33’の存在する方に傾斜している。前記の傾斜角θは、側面12aと内輪2との間にコイルばね4の先端面33’を噛み込ませ、径方向の移動を阻止するに足る角度に設定される。
The outer
なお、前記内径面6の開放端に近い部分に周方向の係合溝13が設けられる。また、ボス部5側端部の外面にローラ等に対する係合突起14が設けられる。
A
前記の外環部材1の内径面6において、前記ボス部内端面11から外環部材1の開放端面側に向けて該内径面6の約半分の範囲にわたり、規制突部28が周方向の3箇所に設けられる。規制突部28の周方向の間隔は前記の外環部材突部12を含めて、全周の四分の一程度である。各規制突部28の内端面29に先端側が大径となるテーパが付けられている。また、各規制突部28の内面は、図3(a)(c)に示したように、半径R(R=内輪2の半径+コイルばね4の線の幅+δ、但し、δはコイルばね4と規制突部28のすき間。)の内接円形に属する円弧面に形成される。
In the
内輪2は前記軸挿通穴7と同心同一径の内径面を有し、外径面に前記のコイルばね4が所要の締め代で装着される。該内輪2の一端部が前記ボス部5の内輪支持部8において回転自在に嵌合支持され、他端部は外環部材1より外方に突き出す。その突き出した端部の外径面に前記の蓋部材3が嵌合される。内輪2が蓋部材3から突き出した端部に軸(図示省略)に立てたピンとの係合凹所15が設けられる。
The
前記の蓋部材3の外径面に係合リブ16が形成され、その係合リブ16が前記の係合溝13に嵌入される。この蓋部材3により外環部材1の内径面と内輪2の外径面との間が閉塞され、内輪2が回転自在に支持される。蓋部材3は外環部材1に対して強固に嵌合されるが、その嵌合強さは蓋部材3の外面に設けた一対の穴17に所要の工具を差し込で回転させた場合は、外環部材1に対して回転できる程度である。
An
また、蓋部材3の内面に蓋部材突部18(図2、図3(b)参照)が設けられる。この蓋部材突部18の高さ(軸方向長さ)がコイルばね4を構成する線材の断面の大きさより若干大きく形成され、該コイルばね4の先端面34’が当接され得る大きさであるが、コイルばね4の2周目の部分には干渉することがないように設定される。また、径方向の高さは内輪2の外径面に接近するように設定される。
Further, a lid member protrusion 18 (see FIGS. 2 and 3B) is provided on the inner surface of the
図3(b)に示したように、前記蓋部材突部18は軸方向の2つの側面を有するが、そのうちコイルばね4の他方の先端面34’が当接される方の側面18aは外環部材1の中心Oを通る半径方向の基準線L1に対し一定の傾斜角θだけ当該先端面34’が存在する方に傾斜している。前記の傾斜角θは、側面18aと内輪2との間にコイルばね4の先端面34’を噛み込ませ、径方向の移動を阻止するに足る角度に設定される。
As shown in FIG. 3B, the
また、蓋部材3の内面において、外環部材1の内径面6の軸方向長さの約半分の長さの規制突部31が周方向の3箇所に設けられる。規制突部31の周方向の間隔は前記の蓋部材突部18を含めて全周の四分の一程度である。各規制突部31の内端面32に先端側が小径となるテーパが付けられている。また、各規制突部31の内面は前記の規制突部28と同一半径Rの大きさの内接円形に属する円弧面に形成される(図3(b)(c)参照)。
In addition, on the inner surface of the
コイルばね4は、図2、図4(a)に示したように、鋼線(図示の場合は角線であるが、丸線でもよい。)を単一径となるように所要回数巻いたものである。内輪2に装着する前の自由状態において、両端部は基本的にはストレート端部であるが、この場合は端部から約二分の1巻きの範囲において、他のコイル部分より大きい曲率半径をもった円弧部33、34が形成される(図4(a)参照)。これらの円弧部33、34以外のコイル部分4aの内径は、前記内輪2の外径より若干小さく形成されているため、これを内輪2に嵌合させると一定の締め代をもって装着される。
As shown in FIG. 2 and FIG. 4A, the
コイルばね4を一定の締め代をもって内輪2に装着すると、コイルばね4は若干拡径されその曲率半径が大きくなり、円弧部33、34の曲率半径とほぼ等しくなる(図4(a)の一点鎖線、図4(b)参照)。言い替えれば、各円弧部33、34の当初の(自然状態の)曲率半径は、内輪2に装着した状態におけるコイル部分4aの曲率半径と実質的に等しくなる大きさに設定される。コイルばね4の両端部にこのような円弧部33、34を設けたことにより、それらの先端面33’、34’と内輪2との干渉が解消される。
When the
コイルばね4を前記のように装着した内輪2を外環部材1に組み込み蓋部材3を嵌合する。この状態においては、コイルばね4の両先端面33’、34’がそれぞれ外環部材突部12及び蓋部材突部18の各側面12a、18aに係合しているとは限らないので、その係合を果たすべく、外環部材1及び内輪2を固定して蓋部材3の穴17に所要の工具を差し込みコイルばね4の巻き方向に回転させる。その回転途中において蓋部材突部18の側面18aにコイルばね4の一方の先端面34’が当り、傾斜角θをもった側面18aに突き当てられる(図3(b)参照)。さらにコイルばね4の締め付け力に打ち勝つ力を加えて回転させると、他方の先端面33’が外環部材突部12の傾斜角θをもった側面12aに突き当てられる(図3(a)参照)。これにより、コイルばね4の両先端面33’、34’がそれぞれ外環部材突部12と蓋部材突部18に対し周方向にすき間なく係合され、同時に傾斜した側面18a、12aの存在により半径方向への移動が規制される。
The
このように組み立てた状態において、コイルばね4の外径面に対し、その全長にわたり、外環部材1の規制突部28と蓋部材3の規制突部31の内面が規制面となって一定の規制すき間δ(図3(c)参照)をもって対向する。
In this assembled state, the inner surface of the
前記の規制すき間δは、樹脂部品製造時の公差レンジを考慮し、0.1mm≦δ≦0.3mm、好ましくはδ=0.2mmに設定される。 The restriction gap δ is set to 0.1 mm ≦ δ ≦ 0.3 mm, preferably δ = 0.2 mm in consideration of a tolerance range at the time of manufacturing a resin part.
実施形態のトルクリミッタは以上のように構成され、従来の場合と同様に、外環部材1と内輪2の相対回転によるコイルばね4の拡径作用に伴いトルクが発生するが、トルクの発生初期において従来コイル端部に発生していた撓み(図6の符号52参照)は、規制突部28、31の内径面が規制面となってコイル端部の膨出を規制することにより撓み52の発生が抑制される。このため、トルクの発生初期においてバックラッシを生じることがなくコイルばね4の拡径作用が生じ、時間遅れなく直ちにトルクが発生する。
The torque limiter according to the embodiment is configured as described above, and, as in the conventional case, torque is generated in accordance with the diameter expansion action of the
また、コイルばね4の両先端面33’、34’は円弧部33、34が予め形成されているため、内輪2の外径面に干渉することがなく、局部的な圧力の発生が避けられている。
Further, since the
また、側面12a(側面18aにおいても同様)における力関係は図3(d)に示したようになる。即ち、同図においてF1は先端面33’の接線方向の力、F2は側面12aからの抗力、Fはこれらの合成力である。先端面33’はこの合成力Fにより内向きの力を受ける。これによりコイルばね4の円弧部33、34の剛性が高められる。
Further, the force relationship on the
前記の規制突部28、31は、両者によってコイルばね4の全長にわたり規制面を形成するように設けられているが、もし、コイルばね4の端部に対応した部分にのみこれらの規制突部を設けたとすると、その規制突部の後方において前記の撓みが発生することになり撓みの発生を有効に防止することができない。結局全長にわたる規制突部28、31を設ける必要がある。なお、規制突部28、31は、いずれか一方のみを設け、その軸方向長さをコイルばね4の全長に達するように設定する構成をとることができる。
The restriction protrusions 28 and 31 are provided so as to form a restriction surface over the entire length of the
また、トルク発生初期におけるコイルばね4の撓みを防止するその他の手段としては、前記の規制突部28、31により規制面を形成する手段に代えて、外環部材1の内径面の全体を前記の規制すき間δを持つような径の規制面とすることによっても同様の作用効果を得ることができる。
Further, as another means for preventing the bending of the
1 外環部材
2 内輪
3 蓋部材
4 コイルばね
4a コイル部分
5 ボス部
6 内径面
7 軸挿通穴
8 内輪支持部
10 トルクリミッタ
11 ボス部内端面
12 外環部材突部
13 係合溝
14 係合突起
15 係合凹所
16 係合リブ
17 穴
18 蓋部材突部
28 規制突部
29 内端面
31 規制突部
32 内端面
33 円弧部
34 円弧部
33’ 先端面
34’ 先端面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記コイルばね(4)の両端部を含む各端部近傍に自由状態においてコイル部分(4a)より大きい曲率半径を有する円弧部(33)(34)が設けられ、それら円弧部(33)(34)の曲率半径の大きさが該コイルばね(4)が拡径されて前記内輪(2)に所要の締め代をもって装着された状態において前記コイル部分(4a)の曲率半径と実質的に等しくなる大きさに設定され、前記外環部材(1)に設けられた外環部材突部(12)と蓋部材(3)に設けられた蓋部材突部(18)の各側面(12a)(18a)が前記外環部材(1)の半径方向の基準線L1に対し一定角度θだけ傾斜し、その傾斜した各側面(12a)(18a)と内輪(2)との間に前記円弧部(33)(34)の各先端面(33’)(34’)が突き当てられたことを特徴とするトルクリミッタ。 An outer ring member (1), an inner ring (2) inserted into the inner ring (1) and supported at a boss portion (5) at one end so as to be relatively rotatable, and attached to the outer diameter surface of the inner ring (2) with a required tightening allowance The coil spring (4) and a lid member (3) that is fitted and fixed to the inner surface of the outer ring member (1) at the other end of the outer ring member (1) to close the outer ring surface of the inner ring. One end of the spring (4) is engaged with the outer ring member (1) and the other end is engaged with the lid member (3), so that the inner ring (2) and the outer ring member (1) rotate relative to each other. In the torque limiter that generates a predetermined torque by the diameter expanding action that occurs in the coil spring (4) at the time,
Arc portions (33) and (34) having a larger radius of curvature than the coil portion (4a) in a free state are provided in the vicinity of each end including both ends of the coil spring (4), and these arc portions (33) and (34) are provided. ) Is substantially equal to the radius of curvature of the coil portion (4a) in a state where the coil spring (4) is expanded and attached to the inner ring (2) with a required tightening allowance. Each side surface (12a) (18a) of the outer ring member projection (12) provided on the outer ring member (1) and the lid member projection (18) provided on the lid member (3) is set to a size. ) Is inclined by a certain angle θ with respect to the radial reference line L1 of the outer ring member (1), and the arc portion (33) is provided between the inclined side surfaces (12a) (18a) and the inner ring (2). ) (34) Each tip surface (33 ') (34') Torque limiter characterized by
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