专利名称：扭矩限制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在打印机、复印机等办公设备中使用的弹簧式扭矩限制器，特别是涉及防止螺旋弹簧的振动或异常声音的产生的防止对策。
背景技术：
作为以往公知的在办公设备等中使用的弹簧式扭矩限制器，如图5所示，由以下各构件构成，即外环构件41；内圈43，其被插入外环构件41的内部，并被可相对旋转地支承在外环构件41的一端部的轴套部42上；螺旋弹簧44，其以所需要的过盈量被安装在该内圈43的外径面上；和盖构件49，其在所述外环构件41的另一端部被嵌合固定在其内径面上，并封闭该内径面与内圈43的外径面之间，并且旋转自如地支承内圈43。所述螺旋弹簧44具有大径部44a和小径部44b，该小径部44b以所需要的过盈量被紧固在所述内圈43的外径面上。在该小径部44b的端部上设有向轴方向弯曲的钩45，并且使其与所述外环构件41的轴套部42卡合。而且，在大径部44a的端部上也设有向轴方向弯曲的钩46，并使其与盖构件49卡合(参照专利文献1)。
上述的扭矩限制器40若通过内圈43与外环构件41的相对旋转使螺旋弹簧44向从钩45侧观察与其卷曲方向(图中的右卷曲方向)相同的旋转方向(图中的从钩45侧观察的右旋转方向)旋转，则在小径部44b产生扩径作用，并产生一定大小的扭矩，即产生规定的扭矩值。在产生向与所述相反的方向的相对旋转的情况下，在小径部44b产生缩径作用，使得内圈43被锁定，因此，在该情况下不能发挥作为扭矩限制器的功能。即，产生作为单方向扭矩限制器的作用。
但是，所述扭矩限制器在产生基于内圈43和外环构件41的相对旋转的扭矩的初期，螺旋弹簧44在钩45的附近产生局部的挠曲52(参照图6)，在到该挠曲消失并且小径部44b的整体扩径的期间，内圈43或外环构件41处于不能旋转的状态。即，在从旋转力的输入到产生扭矩的期间产生时间延迟，即产生间隙(back lash)，因此存在扭矩传递的时序中产生偏差的问题。
另一方面，所述的扭矩限制器的螺旋弹簧44存在大径部44a，而且在两端部上存在向轴方向弯曲的钩45、46，因此，不仅阻碍了扭矩限制器的小型化，而且在组装时需要进行对准外环构件等的卡合孔插入钩的操作，这种操作也成为了影响操作性的主要原因。
为了解决这些问题，可考虑采用如图7(a)、(b)所示的构造，即，作为螺旋弹簧44使用单一径的弹簧，并且将其两端部形成为保持螺旋形状被切断的端部(称为直端部45’、46’。)，并使这些端部45’、46’分别顶在分别设在外环构件41的内径面上的外环构件突部53及设在盖构件49上的盖构件突部54的侧面(参照图7(b))。
但是，在将这样的螺旋弹簧44以一定的过盈量安装在内圈43上的情况下，如图8所示，螺旋部分56虽然被稍许扩径，曲率半径增大，但由于直端部45’及其附近的部分，是以保持比螺旋部分56的曲率半径小的自由状态时的曲率半径而弯曲的状态卷曲在内圈43上，并且其前端顶在内圈43的外径面上，因此，会产生对内圈43的旋转形成干扰的不良现象。另外，关于另一方的直端部46’也会产生同样的现象。
为了解决以上的问题，本发明的申请人在此之前提出了关于改进了所述螺旋弹簧44的改进型扭矩限制器的发明申请(特愿2004-362804号、特愿2005-36352号)。在该改进型扭矩限制器中使用的螺旋弹簧44，如图9(a)～(c)所示，在两端部附近，设有在自由状态下成为比其他螺旋部分56大的曲率半径的圆弧部57、58，并且将该曲率半径的大小设定为，在该螺旋弹簧44被扩径，并在以所需要的过盈量安装在内圈43上的状态(参照图9(b)的单点划线、图9(c))下，与螺旋部分56的曲率半径实际上相同，并且，在外环构件41的内径面或盖构件49的一方或双方，设有三个限制突部59。
上述改进型扭矩限制器由于在两端部未设置钩，且形成了使圆弧部57、58的各前端面57’、58’分别顶在外环构件突部(省略图示)、盖构件突部54的侧面上的形状，所以适合于小型化。而且，由于具有圆弧部57、58，所以，可起到如下的效果，即，既能够防止前端面57’、58’对内圈43的干扰，并且通过利用限制突部59抑制局部的挠曲的产生，还能够抑制产生间隙。
专利文献1特开平8-270673号公报(“实施例”、图1、图2)可是，在弹簧式扭矩限制器中，基于螺旋弹簧与内圈之间的滑动面的摩擦系数的变动，会产生螺旋弹簧的振动，该振动被螺旋弹簧放大，从而有时会导致产生异常声音。特别是在低速旋转时，由于不容易形成油膜，所以容易产生摩擦系数的变动，因而容易产生异常声音。所述的异常声音对于办公设备的用户来说，是一种不愉快的噪音。虽然存在通过采用润滑方式稳定摩擦系数来抑制振动的方法，但近年来，在所谓的化学侵蚀的问题备受重视的现实生活中，由于能够添加到原油中的添加剂受到限制，所以不能构成足够地对策。因此，需要采用机械的方法构成防止振动的产生、异常声音的产生的机构。
另一方面，所述专利申请的改进型扭矩限制器，虽然基本上可达到预期的目的，但由于是使设在螺旋弹簧44两端部上的圆弧部57、58的前端面57’、58’单纯地顶在外环构件突部(省略图示)、盖构件突部54的侧面上的构造，所以圆弧部57、58的刚性不足。因此，如图9(c)所示，对于圆弧部57，在内圈43向逆时针方向A进行了旋转时，使圆弧部57的前端面57’受到盖构件突部54的按压，此时作用箭头F所示的力，使圆弧部57被朝向外侧按压，从而被扩展(参照图9(c)的单点划线)。因此，使圆弧部57的刚性降低，滑动部的振动被传递到该部分而产生振动，成为产生异常声音的原因。另外，在圆弧部58侧也产生同样的现象。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种通过提高所述改进型扭矩限制器中的螺旋弹簧端部的刚性，抑制了振动及异常声音的产生的扭矩限制器。
为了解决所述的问题，本发明如图1所示，包括外环构件1；内圈2，其被插入所述外环构件1的内部，并且能够相对旋转地支承于所述外环构件1的一端的轴套部5；螺旋弹簧4，其以所需要的过盈量安装在该内圈2的外径面；和盖构件3，其在所述外环构件1的另一端部，嵌合固定于其内径面，且封闭与内圈2的外径面之间，将所述螺旋弹簧4的一端部与外环构件突部12卡合，将另一端部与盖构件突部18卡合，在所述内圈2与外环构件1相对旋转时，基于所述螺旋弹簧4产生的扩径作用而产生规定的扭矩，并以该扭矩限制器为前提必要条件，采用了以下的结构。
即，如图4(a)、(b)所示，在所述螺旋弹簧4的包括两端部的各端部附近，设有在自由状态下具有比螺旋部分4a大的曲率半径的圆弧状的圆弧部33、34，这些圆弧部33、34的曲率半径的大小设定为，在该螺旋弹簧4被扩径而以规定的过盈量安装于所述内圈2的状态下，与所述螺旋部分4a的曲率半径实际上相等的大小。
而且，如图3(a)、(b)所示，采用了如下结构，即，所述外环构件突部12和盖构件突部18的各侧面12a、18a，相对于所述外环构件1的半径方向的基准线L1，仅以一定角度θ倾斜，所述圆弧部33、34的各前端面33’、34’顶在该倾斜的各侧面12a、18a与内圈2之间。
在所述结构的扭矩限制器中，螺旋弹簧4两端的圆弧部33、34的各前端面33’、34’分别顶在具有角度θ的侧面12a、18a上，因此受到内径方向的力F(参照图3(d))，被限制了向外径方向的移动。由此，提高了两端圆弧部33、34的刚性，抑制了振动及异常声音的产生。
如上所述，本发明的扭矩限制器由于提高了螺旋弹簧4的两端圆弧部33、34的刚性，所以具有能够抑制振动的产生、以及该振动引起的异常声音的产生的效果。由于采用机械的构造提高了刚性，所以不用担心造成化学侵蚀，而且，由于解决了低速旋转时的振动及异常声音的产生，所以，能够设定较低的办公设备的纸整理部等的旋转速度，从而可切实地进行纸的整理。另外，由于能够抑制噪音的产生，所以不会使用户产生不愉快的感觉。
图1是实施方式的剖视图；图2是同上的分解立体图；图3(a)是图1的A-A线的剖视图，(b)是同样B-B线的剖视图，(c)是(a)的局部放大剖视图，(d)是力学关系的说明图；图4(a)是螺旋弹簧的自然状态的主视图，(b)是所述螺旋弹簧的安装状态的剖视图；图5是以往例的扭矩限制器的剖视图；图6是图5的X-X线的剖视图；图7(a)是其他以往例的剖视图，(b)是(a)的螺旋部分的立体图；图8是用于说明以往例的问题的剖视图；图9(a)是在先申请的扭矩限制器的螺旋弹簧的立体图，(b)是同上的放大剖面图，(c)是安装状态的剖视图。
图中1-外环构件；2-内圈；3-盖构件；4-螺旋弹簧；4a-螺旋部分；5-轴套部；6-内径面；7-轴插通孔；8-内圈支承部；10-扭矩限制器；11-轴套部内端面；12-外环构件突部；13-卡合槽；14-卡合突起；15-卡合凹部；16-卡合肋；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-圆弧部；34-圆弧部；33’-前端面；34’-前端面。
具体实施例方式
下面，结合附图，对本发明的实施方式进行说明。如图1至图3所示，本实施方式的扭矩限制器10与以往的情况同样，由外环构件1、内圈2、环状盖构件3以及螺旋弹簧4构成。在外环构件1的一端部上设有轴套部5，在从该轴套部5到另一端的开放端之间形成有比螺旋弹簧4的直径大的内径面6。在轴套部5的中心部设有轴插通孔7，在该轴插通孔7的内侧设有直径比其大的内圈支承部8。
在形成该内圈支承部8与所述内径面6的阶梯部的轴套部内端面11的一部分上，设有外环构件突部12(参照图3(a))。该外环构件突部12被设定为贯通所述轴套部内端面11的径方向的整体宽度的大小，并接近内圈2的外径面。另外，其高度(轴方向长度)形成为稍大于构成螺旋弹簧4的线材的截面尺寸，并能够抵接到该螺旋弹簧4的前端面33’，且形成为不会对螺旋弹簧4的第二圈的部分形成干扰的尺寸。
所述外环构件突部12具有轴方向的两个侧面，其中与螺旋弹簧4的前端面33’抵接的一方的侧面12a(参照图3(a))，相对于通过外环构件1的中心O的半径方向的基准线L1仅呈一定的倾斜角θ，向存在该前端面33’的一方倾斜。所述的倾斜角θ被设定为能够在侧面12a与内圈2之间咬合螺旋弹簧4的前端面33’，来阻止其向径方向移动的足够的角度。
另外，在所述内径面6的接近开放端的部分上，设有圆周方向的卡合槽13。另外，在轴套部5侧端部的外面上设有针对辊等的卡合突起14。
在所述的外环构件1的内径面6上，在从所述轴套部内端面11朝向外环构件1的开放端面侧的大约该内径面6的一半的范围，在圆周方向的三个部位上设有限制突部28。限制突部28的圆周方向的间隔，包括所述的外环构件突部12，为整周的四分之一左右。各限制突部28的内端面29形成前端侧成为大径的锥面。而且，如图3(a)、(c)所示，各限制突部28的内面形成属于半径R(R＝内圈2的半径+螺旋弹簧4的线的宽度+δ，其中，δ是螺旋弹簧4与限制突部28的间隙)的内切圆形的圆弧面。
内圈2具有与所述轴插通孔7同心同一径的内径面，在外径面上以所需要的过盈量安装所述螺旋弹簧4。该内圈2的一端部被旋转自如地嵌合支承在所述轴套部5的内圈支承部8中，另一端部从外环构件1向外方突出。该突出的端部的外径面与所述盖构件3嵌合。在内圈2从盖构件3突出的端部上设有与立设在轴(省略图示)上的销卡合的卡合凹部15。
在所述盖构件3的外径面上形成卡合肋16，该卡合肋16被嵌入所述的卡槽13内。由该盖构件3封闭外环构件1的内径面与内圈2的外径面之间，并旋转自如地支承内圈2。盖构件3被牢固地嵌合在外环构件1上，且其嵌合强度的程度是，在将所需要的工具插入设在盖构件3的外面的一对孔17内来使其旋转的情况下，能够相对于外环构件1旋转的程度。
另外，在盖构件3的内面，设有盖构件突部18(参照图2、图3(b))。该盖构件突部18的高度(轴方向长度)被设定为，比构成螺旋弹簧4的线材的截面尺寸稍大，能够抵接到该螺旋弹簧4的前端面34’的大小，但不会干扰螺旋弹簧4的第二圈的部分。而且，径方向的高度被设定为接近内圈2的外径面。
如图3(b)所示，所述盖构件突部18具有轴方向的两个侧面，但其中与螺旋弹簧4的另一方的前端面34’抵接的一方的侧面18a，相对于通过外环构件1的中心O的半径方向的基准线L1仅呈一定的倾斜角θ，向存在该前端面34’的一方倾斜。所述的倾斜角θ被设定为能够在侧面18a与内圈2之间咬合螺旋弹簧4的前端面34’，由此阻止其向径方向移动的足够的角度。
另外，在盖构件3的内面，在圆周方向上的三个部位设有相当于外环构件1的内径面6的轴方向长度的大约一半长度的限制突部31。限制突部31的圆周方向的间隔，包括所述的盖构件突部18，为整周的四分之一左右。各限制突部31的内端面32形成前端侧成为小径的锥面。而且，各限制突部31的内面形成属于与所述的限制突部28相同半径R的大小的内切圆形的圆弧面(参照图3(b)、(c))。
如图2、图4(a)所示，螺旋弹簧4是使用钢线材(图中的情况是方形线材，但也可以是圆形线材。)缠绕了规定圈数的单一径的螺旋弹簧。在被安装于内圈2之前的自由状态下，两端部基本上是直端部，但此时，从端部到约二分之一圈的范围内，形成具有比其他螺旋部分大的曲率半径的圆弧部33、34(参照图4(a))。除了这些圆弧部33、34以外的螺旋部分4a的内径，由于形成为比所述内圈2的外径稍小，所以当将其嵌合在内圈2上时，即被安装成具有一定的过盈量。
当将螺旋弹簧4以一定的过盈量安装在内圈2上时，螺旋弹簧4被稍许扩径，其曲率半径变大，成为与圆弧部33、34的曲率半径大致相等(参照图4(a)的单点划线、图4(b))。换言之，各圆弧部33、34的初始的(自然状态的)曲率半径被设定为，与被安装在内圈2上的状态下的螺旋部分4a的曲率半径实际上相同的大小。通过在螺旋弹簧4的两端部上设置这样的圆弧部33、34，消除了这些前端面33’、34’与内圈2的干扰。
将如所述那样安装了螺旋弹簧4的内圈2组装到外环构件1上，并且嵌合盖构件3。在该状态下，由于螺旋弹簧4的两前端面33’、34’不一定各自卡合在外环构件突部12及盖构件突部18的各侧面12a、18a上，所以为了实现该卡合，将外环构件1及内圈2固定，并将所需要的工具插入盖构件3的孔17内，向螺旋弹簧4的卷曲方向旋转。在该旋转过程中，盖构件突部18的侧面18a与螺旋弹簧4的一方的前端面34’接触，顶到具有倾斜角θ的侧面18a上(参照图3(b))。当进一步施加大于螺旋弹簧4的张紧力的力，使其旋转时，另一方的前端面33’顶到外环构件突部12的具有倾斜角θ的侧面12a上(参照图3(a)。由此，螺旋弹簧4的两前端面33’、34’分别在圆周方向上无间隙地卡合在外环构件突部12和盖构件突部18上，同时，由于存在倾斜的侧面18a、12a，所以限制了向半径方向的移动。
在这样组装成的状态下，相对螺旋弹簧4的外径面，贯穿其全长，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，并且以一定的限制间隙δ(参照图3(c))相互对置。
对于所述的限制间隙δ，考虑到树脂构件制造时的公差范围，被设定为0.1mm≤δ≤0.3mm，优选δ＝0.2mm。
本实施方式的扭矩限制器如所述那样构成，与以往的情况同样，随着基于外环构件1和内圈2的相对旋转的螺旋弹簧4的扩径作用而产生扭矩，但在扭矩的产生初期，对于以往在螺旋端部产生的挠曲(参照图6的符号52)，限制突部28、31的内径面成为了限制面，通过限制螺旋端部的胀出，抑制了挠曲52的产生。因此，在扭矩的产生初期，可无间隙地产生螺旋弹簧4的扩径作用，无延迟地立即产生扭矩。
另外，由于螺旋弹簧4的两前端面33’、34’预先形成有圆弧部33、34，所以不会对内圈2的外径面形成干扰，可避免产生局部压力。
另外，侧面12a(侧面18a也是同样)的力学关系如图3(d)所示。即，在同图中，F1是前端面33’的切线方向上的力，F2是来自侧面12a的阻力，F是这些的合力。前端面33’基于该合力F受到向内的力。由此，提高了螺旋弹簧4的圆弧部33、34的刚性。
所述的限制突部28、31被设置成，由二者贯穿螺旋弹簧4的全长形成限制面，但是，如果只在与螺旋弹簧4的端部对应的部分设置了这些限制突部，则在该限制突部的后方产生所述的挠曲，因而不能有效地防止挠曲的产生。因此，必须贯穿全长设置限制突部28、31。另外，也可以采用只设置限制突部28、31中的任意一方，并将其轴方向长度设定为达到螺旋弹簧4的全长的构造。
另外，作为防止扭矩产生初期的螺旋弹簧4的挠曲的其他机构，也可以取代由所述限制突部28、31形成限制面的机构，而将外环构件1的内径面整体形成为具有所述的限制间隙δ的直径的限制面，由此也能够获得同样的作用效果。
权利要求
1.一种扭矩限制器，包括外环构件(1)；内圈(2)，其被插入所述外环构件(1)的内部，并且能够相对旋转地支承于所述外环构件(1)的一端的轴套部(5)；螺旋弹簧(4)，其以所需要的过盈量安装在该内圈(2)的外径面；和盖构件(3)，其在所述外环构件(1)的另一端部，嵌合固定于其内径面，且封闭与内圈外径面之间，分别将所述螺旋弹簧(4)的一端部与所述外环构件(1)卡合，将另一端部与所述盖构件(3)卡合，在所述内圈(2)与外环构件(1)相对旋转时，基于所述螺旋弹簧(4)产生的扩径作用而产生规定的扭矩，该扭矩限制器的特征在于，在所述螺旋弹簧(4)的包括两端部的各端部附近，设有在自由状态下具有比螺旋部分(4a)大的曲率半径的圆弧部(33)、(34)，这些圆弧部(33)、(34)的曲率半径的大小设定为在该螺旋弹簧(4)被扩径而以规定的过盈量安装于所述内圈(2)的状态下与所述螺旋部分(4a)的曲率半径实际上相等的大小，设于所述外环构件(1)的外环构件突部(12)和设于盖构件(3)的盖构件突部(18)的各侧面(12a)、(18a)，相对于所述外环构件(1)的半径方向的基准线(L1)仅以一定角度θ倾斜，所述圆弧部(33)、(34)的各前端面(33’)、(34’)顶在该倾斜的各侧面(12a)、(18a)与内圈(2)之间。
2.根据权利要求1所述的扭矩限制器，其特征在于，所述各圆弧部(33)、(34)形成为与所述螺旋部分(4a)的二分之一圈实际上相等的长度。
3.根据权利要求1或2所述的扭矩限制器，其特征在于，在所述外环构件(1)或盖构件(3)的任意一方或双方的内径面上，在圆周方向上以规定的间隔设有限制所述螺旋弹簧(4)的一定以上的挠曲的限制突部(28)、(31)。
全文摘要
本发明提供一种弹簧式扭矩限制器，通过增强螺旋弹簧两端部的刚性，防止了使用时的振动·异常声音的产生。通过使顶在被安装于内圈(2)的外径面的螺旋弹簧(4)的两端部的外环构件突部(12)和盖构件突部(18)的各侧面带有倾斜角，限制了所述两端部向外径方向的移动，由此提高了刚性，并抑制了螺旋弹簧(4)的振动·异常声音的产生。
文档编号F16D7/00GK1945040SQ200610154090
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年10月5日
发明者本多正明 申请人:Ntn株式会社