JP4558474B2 - 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、特にバックラッシの解消を図ったものである。 The present invention relates to a spring-type torque limiter used in office machines such as printers and copiers, and particularly aims to eliminate backlash.
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7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を前記内輪43の外径面に所要の締め代で緊縛させている。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. 7, a conventionally known spring-type torque limiter used in office machines 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、フック45側から見てコイルばね44がその巻き方向に回転すると、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。前記と反対方向に回転させた場合は小径部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。
The
前記の規定トルク値の大きさの調整は、外環部材41を固定して蓋部材49を所要の工具を用いて外部から回転させると、コイルばね44の大径部44aを経て小径部44bの締め代が変化するのでこれにより規定トルク値が調整される。
When the
上記のトルクリミッタ40は、例えば、事務機等の紙さばきローラ47(図7、図8参照)の一端部に外環部材41のボス部42側の端部を連結することにより使用に供される。紙さばきローラ47に作用する負荷トルクがトルクリミッタ40の規定トルク値以上であるときは、トルクリミッタ40の外環部材41が負荷側(図8に示した給紙ローラ48)から回転され(矢印a参照)シート紙50を送り出すが、シート紙50の重送が発生すると重送に伴う摩擦の低下によって負荷トルクがトルクリミッタ40の規定トルク値より軽くなる。このため、外環部材41と紙さばきローラ47は、軸51に取り付けられた内輪43側からコイルばね44を介して逆方向に回転され(図8の一点鎖線矢印b参照)、紙さばきローラ47に接したシート紙50を押し戻して重送を解消する。
The
前記のような小径コイル部44aと大径コイル部44bからなる2段径のコイルばね44を使用したトルクリミッタのほかに、単一径のコイルばねを使用したものも知られている(特許文献2、同3参照)。特許文献2の場合のコイルばねは、その両端部にラジアル方向外向きに突き出したフックが形成され、そのフックが外環部材に係合される。また、特許文献3の場合のコイルばねは、フックが両端部においてアキシャル方向に突き出して形成され、そのフックが外環部材に係合される。
前記のようなコイルばねを使用したトルクリミッタにおける問題点を図9に基づいて説明する。図9は図7における断面図であり、コイルばね44は右巻きである。外環部材41が固定された状態で内輪43がその巻き方向と反対方向(矢印A参照)に回転した場合について見ると、フック45の部分が外環部材41に固定されているため、コイルばね44(小径部44b)に拡径作用が発生し、内輪43は一定のトルクをもって外環部材41に対して回転する。この場合のコイルばね44の拡径作用を微視的に見ると、内輪43に回転力が加わった当初において、コイルばね44のフック45近傍のばね端部には、一点鎖線で示すような拡径方向に膨出する撓み52が一時的に発生する。その時点においてはコイルばね44の他のコイル部分の内輪43に対する締め代には実質的な変化は生じていないので内輪43はロック状態にある。前記の撓み52を発生させる内部応力が締め代による締め付け力を超えると、その応力がコイルばね全体に拡散し、撓み52が消失するとともにコイルばね44の全体に拡径作用が波及するため、内輪43が一定のトルクをもって回転する。即ち、コイルばね44の拡径作用によってトルクを発生させ、トルクリミッタとしての作用を行う。
Problems in the torque limiter using the coil spring as described above will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view in FIG. 7, and the
上記のように内輪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に部分的な撓み52が発生し、それが消失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ることになる。バックラッシが生じると、前記の紙さばきローラ47に使用された場合においては紙さばきのタイミングがずれてしまうといった問題が発生する。
As described above, at the initial stage of torque generation due to the relative rotation of the
前記のバックラッシは、コイルばねが2段径の場合でなく、特許文献2、3の単一径の場合においても同様の原因により起こり得る。
The backlash can occur not only in the case where the coil spring has a two-stage diameter but also in the case of the single diameter in
一方、前記の各特許文献に示されたトルクリミッタのコイルばねは、いずれもその両端部に径方向又は軸方向に屈曲されたフック(例えば、図7の場合のフック45、46参照)が設けられるが、これらのフックは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、作業性が阻害される要因になる。
On the other hand, each of the coil springs of the torque limiter shown in each of the above patent documents is provided with hooks bent in the radial direction or the axial direction at both ends (for example, see
このため、図10(a)(b)に示したトルクリミッタ40’のように、コイルばね44を単一径で形成するとともに、その両端部はコイル形状を保持したままで切断しただけの端部(ストレート端部45’、46’と称する。)に形成し、これらのストレート端部45’、46’をそれぞれ外環部材41の突部53と蓋部材49の突部54の側面に当てる構成が考えらえる。
Therefore, as in the
この構成は、トルクリミッタの小型化、作業性の改善の観点から望ましい対策であるが、この場合もトルク発生の初期において突部53(54)に当ったストレート端部45’(46’)において撓みが発生するため、前記の場合と同様にバックラッシが発生する問題がある。
This configuration is a desirable measure from the viewpoint of downsizing the torque limiter and improving workability, but in this case as well, at the
また、次のような問題もある。即ち、図11に示したように、ストレート端部45’(46’)をもったコイルばね44を内輪43に一定の締め代をもって装着した場合、ストレート端部45’(46’)においてはその自由状態のときの曲率半径をもって湾曲したまま内輪43に巻き付き、その切断端55が内輪43の外径面に対し突き当たる。コイルばね44剛性が低い場合はこのようなことはなく、ストレート端部45’(46’)は弾性変形して内輪43の外径面に密着するが、トルクリミッタにおいては一定以上のトルクを発生させる必要上、コイルばね44の剛性は所要の大きさを持つように製作されるため、端部においては自由状態の形状を維持せんとし、前記のように切断端55の突き当たりが生じる。このような状態で外環部材41の内部に組み込んでトルクリミッタとして使用すると、コイルばね44の切断端55が内輪43の外径面に干渉した状態で内輪43が回転するので、内輪43の外径面に対する面圧が不均一となり内輪43の耐久性を損なうことになる。
There are also the following problems. That is, as shown in FIG. 11, when the
この発明は、以上のような観点から、バックラッシの起こり難い構造をもったトルクリミッタを提供するとともに、ストレート端部を有するコイルばねを使用した場合において内輪に対する干渉がなく耐久性に優れたトルクリミッタを提供することを課題とする。 In view of the above, the present invention provides a torque limiter having a structure in which backlash is unlikely to occur, and when using a coil spring having a straight end, the torque limiter has no durability against interference with the inner ring. It is an issue to provide.
前記の課題を解決するために、この発明は、外環部材と、その内部に挿入され一端のボス部において相対回転可能に支持された内輪と、該内輪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と、前記外環部材の他端部においてその内径面に嵌合固定され内輪外径面との間を閉塞する蓋部材とからなり、前記コイルばねの一端部を前記外環部材に、他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ようにしたトルクリミッタにおいて、前記コイルばねの拡径方向への一定以上の撓みを規制する規制面を前記外環部材と蓋部材のいずれか一方又は両方に設けた構成を採用したものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes an outer ring member, an inner ring inserted into the outer ring member and supported in a relatively rotatable manner at a boss portion at one end, and a required tightening margin on an outer diameter surface of the inner ring. A coil member that is mounted, and a lid member that is fitted and fixed to the inner surface of the outer ring member at the other end of the outer ring member and closes the outer ring surface of the inner ring. In the torque limiter, the other end of the member is engaged with the lid member, and when the inner ring and the outer ring member rotate relative to each other, a predetermined torque is generated by a diameter expanding action generated in the coil spring. The structure which provided the control surface which controls the bending more than the fixed to the diameter-expansion direction of the said coil spring in either the said outer ring member and a cover member is employ | adopted.
前記構成のトルクリミッタは、内輪と外環部材の相対回転により、コイルばねが回転されると、コイルばねに拡径作用が発生して一定のトルクを発生させる。トルク発生の初期においてコイルばねの端部において発生せんとする撓みは、規制面に当って規制され、その撓みを発生させる内部応力が迅速にコイルばね全体に拡散され拡径作用が行われ、バックラッシを伴うことなく直ちにトルクが発生する。 When the coil spring is rotated by the relative rotation of the inner ring and the outer ring member, the torque limiter having the above-described configuration generates a constant torque by generating a diameter expansion action on the coil spring. The deflection that occurs at the end of the coil spring at the initial stage of torque generation is regulated against the regulating surface, and the internal stress that causes the deflection is quickly diffused throughout the entire coil spring, and a diameter expansion action is performed. Torque is generated immediately without any trouble.
外環部材に設けられる規制面は、外環部材の内径面に周方向に所要の間隔をおいて設けられた複数の規制突部の内面により形成される構成や、そのような規制突部を設けることなく、外環部材の内径を所定径に設計することにより内径面の全体をもって規制面とした構成を採ることができる。 The restriction surface provided on the outer ring member is configured by an inner surface of a plurality of restriction protrusions provided at a predetermined interval in the circumferential direction on the inner diameter surface of the outer ring member, or such a restriction protrusion. Without providing, it is possible to adopt a configuration in which the entire inner diameter surface is used as a regulating surface by designing the inner diameter of the outer ring member to a predetermined diameter.
また、蓋部材に設けられる規制面は、蓋部材の内面に周方向に所要の間隔をおいて内方に突き出して設けられた複数の規制突部の内面により形成した構成を採ることができる。 Further, the regulating surface provided on the lid member can take a configuration formed by the inner surfaces of a plurality of regulating projections provided inwardly projecting from the inner surface of the lid member at a predetermined interval in the circumferential direction.
さらに、前記コイルばねの両端部がコイル巻き形状を保ったまま切断されたストレート端部である場合において、該コイルばねの自由状態においてその両端部においてそれぞれの端部近傍が他の部分より大きい曲率半径となる逃がし部が形成され、該曲率半径の大きさが該コイルばねを前記内輪に所要の締め代をもって装着した状態においては、他のコイル部分の曲率半径と実質的に等しくなる大きさに設定された構成をとることができる。 Further, in the case where both end portions of the coil spring are straight end portions that are cut while maintaining the coil winding shape, in the free state of the coil spring, the vicinity of each end portion at the both end portions is larger in curvature than the other portions. In a state in which a relief portion having a radius is formed and the radius of curvature is mounted on the inner ring with a required tightening margin, the radius of curvature is substantially equal to the radius of curvature of the other coil portions. A set configuration can be taken.
以上のように、この発明のトルクリミッタは、外環部材や蓋部材に規制面を設けたことにより、トルク発生初期におけるバックラッシによるトルク発生までの遅れを防止することができる。また、コイルばねの端部に逃がし部を設けたことにより、内輪外径面に対するコイルばね端部の干渉が防止され、内輪に作用するばね圧が均等化されることにより内輪の耐久性が向上する。 As described above, the torque limiter according to the present invention can prevent a delay until the torque is generated due to the backlash at the initial stage of torque generation by providing the outer ring member and the lid member with the restricting surfaces. In addition, by providing a relief part at the end of the coil spring, interference of the coil spring end with the outer surface of the inner ring is prevented, and the spring pressure acting on the inner ring is equalized to improve the durability of the inner ring. To do.
以下、添付図面に基づいてこの発明を実施するための最良の形態を説明する。図1及び図2に示した実施形態1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。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り、その高さ(軸方向長さ)はコイルばね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ている。また、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。なお、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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The
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が周方向に3箇所設けられる。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の内面は半径Rの内接円形(図3(a)参照)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は蓋部材3内面の径方向の幅全体にわたり、その高さはコイルばね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る。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が周方向に3箇所設けられる。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)参照)。
Further, a lid member protrusion 18 (see FIGS. 2 and 3B) is provided on the inner surface of the
コイルばね4は、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逃がし部33、34が形成される(図4(a)参照)。これらの逃がし部33、34以外のコイル部分の内径は、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。
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、逃がし部33、34の曲率半径とほぼ等しくなる(図4(b)参照)。言い替えれば、各逃がし部33、34の当初の曲率半径は、内輪22に装着した状態で他のコイル部分と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逃がし部33、34を設けたことにより、それらの端面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。その後、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と、その回転途中において蓋部材突部18がコイルばね4の一方の端面34’の側面に係合する(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、他方の端面34’が外環部材突部12の側面に係合する(図3(a)参照)。これにより、コイルばね4の両端面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の外径面の軸方向の全長にわたり、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 surfaces of the restricting
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1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の拡径作用に伴い規定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が規制されることによりコイル端部における撓み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なくコイルばね4の拡径作用が生じ、直ちにトルクが発生する。また、コイルばね4の両端面33’、34’は逃がし部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。
The torque limiter according to the first embodiment is configured as described above. As in the conventional case, a specified torque is generated in accordance with the diameter expansion action of 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ればよい。
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変えて、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 other means for preventing the bending of the
また、コイルばね4として従来のように両端部にフックが設けられたものを用いる場合、或いは2段径のコイルばねであっても、トルク発生初期における撓みの発生があるので、前記のような規制突部33、34を設けたり、外環部材1の内径面による規制面を設けたりすることは、バックラッシを解消する手段として有効である。
〔試験例1〕
(1)試験内容
図1に示した実施形態1のトルクリミッタにおいて、規制突部28、31を設けたものと、これらを設けないものについてバックラッシの大きさの比較試験を行った。
(2)試験条件
発生トルク:34.5mN・m(350gf・cm)
回転速度:4min−1
測定雰囲気:室温
回転方向:時計方向回転
(2)試験結果
試験結果を図5に示す。
〔試験例2〕
(1)試験内容:前述の実施形態1のトルクリミッタにおいて、コイルばね4に逃がし部33、34を設けたものと、これを設けないものとについて耐久試験を行った。
(2)試験条件
発生トルク:34.5mN・m(350gf・cm)
回転速度:300min−1
回転方向:時計方向回転
耐久時間:1000時間
試験結果:試験結果を図6に示す。
In addition, when using a
[Test Example 1]
(1) Test content In the torque limiter of the first embodiment shown in FIG. 1, a backlash size comparison test was performed on the one provided with the
(2) Test conditions Generated torque: 34.5 mN · m (350 gf · cm)
Rotational speed: 4min -1
Measurement atmosphere: room temperature Rotation direction: clockwise rotation (2) Test results The test results are shown in FIG.
[Test Example 2]
(1) Test content: In the torque limiter of the first embodiment, the endurance test was performed on the
(2) Test conditions Generated torque: 34.5 mN · m (350 gf · cm)
Rotational speed: 300min -1
Rotation direction: clockwise rotation Endurance time: 1000 hours Test result: The test result is shown in FIG.
1 外環部材
2 内輪
3 蓋部材
4 コイルばね
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 逃がし部
34 逃がし部
33’ 端面
34’ 端面
DESCRIPTION OF
Claims (2)
In the free state of the coil spring, a relief portion having a radius of curvature larger than that of the other portion is formed at both ends of the coil spring, and the magnitude of the radius of curvature is a required fastening allowance for the coil spring to the inner ring. 2. The torque limiter according to claim 1, wherein the torque limiter is set to a size that is substantially equal to a radius of curvature of the other coil portion.
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