具有防过载系统的角度位置保持设备的制作方法

1.本发明涉及用于支撑可围绕中心轴线转动的物品的角度位置保持设备，诸如转矩铰链。特别地，本发明涉及配备有防过载系统的角度位置保持设备。


背景技术：

2.一些安装于诸如货车或厢式货车等的车辆后端的弹跳式掀背门能够通过电动机打开和关闭。下面的专利文献1公开了一种通过电动机致动在全开位置和全闭位置之间切换(打开/关闭)的掀背门。当该掀背门停在全开位置或全开位置与全闭位置之间的中间位置处时，掀背门由电磁离合器保持。在该开关装置中，即使作为输入侧装置的电动机的驱动停止，作为输出侧装置的掀背门也被电磁离合器保持，因此，掀背门不会因其自重而下落。
3.以下专利文献2公开了一种转矩限制器。例如当在掀背门和配备有掀背门的车辆之间夹住障碍物从而导致电动机的过载(过大的负载转矩)时，该转矩限制器将作为驱动源的电动机(输入侧装置)与作为从动构件的掀背门(输出侧装置)断开，从而切断从电动机到掀背门的转矩传递。由于转矩限制器的作用，被夹在掀背门和配备有掀背门的车辆之间的物品能够得到保护而不会损坏，从而提高安全性。
4.所谓的转矩铰链是不依赖电气单元而将诸如掀背门的从动构件(输出侧装置)保持在适当的角度位置的机构元件。转矩铰链表示用于相对于旋转体施加预定阻力转矩的铰链。当施加不小于预定阻力转矩的附加转矩时，旋转体变得可旋转。另一方面，旋转体在附加转矩的致动停止时被保持在该角度位置。以下专利文献3示出了本技术人在本技术之前提交的申请中的转矩铰链的示例。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开第2006-265982号公报
8.专利文献2：日本特开第2004-268758号公报
9.专利文献3：日本特许第3592984号公报


技术实现要素：

10.本发明要解决的问题：
11.由于用于通过利用电动机驱动车辆的掀背门而打开和关闭的开关装置用于安装诸如电动机的装置的空间有限，因此优选尽可能地使构成开关装置的装置小型化，从而提供紧凑的装置。专利文献1的开关装置在作为输入侧装置的电动机停止时使用电磁离合器来保持掀背门。由于这种开关装置需要用于安装电磁离合器的空间，因此需要单独地构建电气布线和控制系统，并且会导致成本增加。
12.专利文献1的开关装置没有设置防过载系统。因此，如果在作为输出侧装置的掀背门和配备有掀背门的车辆之间夹住一些障碍物，则被夹住的物品可能会由于电动机的驱动而被损坏。尽管可以将专利文献2中所示的防过载系统应用于本开关装置，但该装置需要额
外的空间用于安装防过载系统。
13.本发明是鉴于上述情况完成的，本发明的技术目的是提供一种配备有具有紧凑且机械组成结构的防过载系统的角度位置保持设备。该角度位置保持设备例如用作车辆掀背门的开关装置，并且在没有从输入侧装置输入旋转转矩时施加制动转矩，从而保持输出侧装置的角度位置。角度位置保持设备与作为安全装置的防过载系统相结合，由此构成了本发明的角度位置保持设备。
14.解决问题的手段：
15.考虑到上述目的，配备有简单的防过载装置的本发明的角度位置保持设备是通过组装两个转矩限制器而构成的。转矩限制器中的一者用作角度位置保持设备，并且构造成通过使用螺旋弹簧施加制动转矩以在等于或大于制动转矩的转矩作用时防止旋转。该转矩限制器与用作防过载系统的另一转矩限制器相结合，该另一转矩限制器使用被弯曲成圆筒形的薄板弹性片并且其启动相对旋转的旋转转矩极大。
16.即，本发明提供了用于实现上述技术目的的角度位置保持设备。其为“一种角度位置保持设备，其用于在没有从输入侧装置输入旋转转矩时施加制动转矩以保持输出侧装置的位置，
17.所述角度位置保持设备包括均可围绕共同的中心轴线旋转并且均包括具有圆形截面的外周面的外圈构件和内圈构件，所述外圈构件或所述内圈构件中的一者连接到所述输入侧装置，而另一者连接到所述输出侧装置，
18.螺旋弹簧安装在所述外圈构件的外周面上，处于自由状态的螺旋构件的内径小于所述外圈构件的外径，所述螺旋弹簧在其两端处具有锁定到被固定的构件以将制动转矩施加到所述外圈构件的钩部，
19.在所述外圈构件中形成有用于收容所述内圈构件的具有圆形截面的内部空间，并且在所述外圈构件的内周面和所述内圈构件的外周面之间安装有被弯曲成圆筒形的薄板弹性片，使得所述薄板弹性片与所述内周面和所述外周面相接触，
20.当从所述输入侧装置输入的旋转转矩大于所述制动转矩时，所述外圈构件和所述内圈构件克服所述制动转矩一体地旋转，并且
21.当在所述外圈构件和所述内圈构件之间产生比所述制动转矩大至少预定值的旋转转矩时，所述外圈构件和所述内圈构件之间通过所述薄板弹性片的连接被切断，以使所述外圈构件和所述内圈构件相对旋转”。
22.在本发明的实施方式中，优选地，“所述外圈构件是包括具有圆形截面的外周面和具有圆形截面的内部空间的圆筒状构件，并且待被收容在所述内部空间中的所述内圈构件被设定为具有不比所述外圈构件的轴向长度长的轴向长度”。优选地，所述薄板弹性片上形成有多个凹凸。
23.还优选地，角度位置保持设备包括用于收容所述外圈构件和所述内圈构件的固定壳体，并且所述壳体形成有供在所述螺旋弹簧的两端处的所述钩部插入的锁定槽。
24.对于设置壳体的情况，壳体能够构成为“所述壳体包括具有端板和从所述端板的周缘轴向延伸的外周壁的壳体主体，以及用于密封所述壳体主体的开口端的遮护板，
25.在所述外周壁的开口端部处沿周向间隔地形成有轴向锁定突起和周向锁定突起，并且对应于所述轴向锁定突起的轴向锁定槽和对应于所述周向锁定突起的周向锁定槽形
成在所述遮护板的外周面上”。
26.此外，优选地，所述壳体内封装有氟基润滑剂。
27.发明的效果
28.本发明的角度位置保持设备设置有均能够围绕共同的中心轴线旋转的外圈构件和内圈构件。诸如电动机的输入侧装置连接到外圈构件，并且诸如掀背门的输出侧装置连接到内圈构件(如后所述，也可以在使用中将输出侧装置连接到外圈构件并将输入侧装置连接到内圈构件)。螺旋弹簧安装在外圈构件的外周面上，使得外圈构件被施加基于摩擦力的制动转矩，就像螺旋弹簧式转矩限制器的情况一样。
29.当外圈构件侧的电动机旋转时，比螺旋弹簧的制动转矩大的转矩作用在外圈构件上，并且外圈构件抵抗制动转矩旋转。外圈构件和内圈构件通常经由被弯曲成圆筒形的薄板弹性片相互连接，使得电动机的旋转打开和关闭掀背门。当电动机停止旋转时，基本不会从电动机施加转矩。然而，由于外圈构件和内圈构件的角度位置由螺旋弹簧的制动转矩保持，因此掀背门不会因其自重而下落。还可以在电动机停止时通过手动向掀背门施加不小于制动转矩的转矩来手动打开和关闭掀背门。
30.在通过电动机打开和关闭掀背门的过程中，当诸如人的手指的障碍物被夹在掀背门和车辆之间时，在电动机中产生了过大的转矩(比制动转矩大至少预定值的旋转转矩)。在本发明中，在外圈构件的内部空间与内圈构件的外周面之间安装有被弯曲成圆筒形的薄板弹性片。当产生了过大的转矩时，在薄板弹性片与外圈构件或内圈构件之间发生滑动，从而中断转矩的传递(这是用于防过载的转矩限制器的操作)。以这种方式，可以避免对被夹物的损伤或由电动机上的过电流造成的损伤。
31.发明的效果
32.在本发明中，用于保持角度位置的螺旋弹簧安装于外圈构件的外周面。此外，在形成在外圈构件中的内部空间中，配置有被弯曲成圆筒形的薄板弹性片以用作防过载的转矩限制器。即，用于保持角度位置的转矩限制器和用于防过载的转矩限制器一起安装在同一构件的相同位置处，从而提供小型化且紧凑的构件以实现这两种功能。
33.构成用于防过载的转矩限制器的薄板弹性片也称为公差环。这也是用于将凸缘形盘等固定地连接到具有圆形截面的轴的部件。这里，即使是具有小直径截面的小的被弯曲成圆筒形的薄板弹性片也具有非常大的弹簧常数。结果，即使对于本发明的小型化的角度位置保持设备，也可以将用于断开外圈构件和内圈构件的转矩设置为较高的值(比制动转矩大至少预定值的旋转转矩)。
附图说明
34.[图1]由示出根据本发明的角度位置保持设备的优选实施方式的结构的图组成。
[0035]
[图2]是图1所示的角度位置保持设备的分解立体图。
[0036]
[图3]由示出图1所示的角度位置保持设备的壳体的图组成。
[0037]
[图4]由示出图1所示的角度位置保持设备的外圈构件的图组成。
[0038]
[图5]由示出图1所示的角度位置保持设备的内圈构件的图组成。
[0039]
[图6]由示出图1所示的角度位置保持设备的薄板弹性片的图组成。
[0040]
[图7]由示出图1所示的角度位置保持设备的螺旋弹簧的图组成。
[0041]
[图8]由示出在图1所示的角度位置保持设备中将旋转从外圈构件传递到内圈构件的操作的图组成。
[0042]
[图9]由示出在图1所示的角度位置保持设备中的外圈构件相对于内圈构件旋转时的操作的图组成。
具体实施方式
[0043]
以下，将参照附图说明本发明的角度位置保持设备。
[0044]
图1所示的本发明的角度位置保持设备设置有防过载系统。该设备还包括壳体2、外圈构件4、内圈构件6、以可断开方式连接外圈构件4和内圈构件6的薄板弹性片8(即，用作用于防过载的转矩限制器)、以及用于向外圈构件4施加制动转矩的螺旋弹簧10。为了便于理解，在图1的截面图中，仅外圈构件4和内圈构件6有阴影线，并且薄板弹性片8具有暗纹。
[0045]
下面将参照图3以及图1与图2进行说明。壳体2包括图3的(a)所示的壳体主体12和图3的(b)所示的遮护板14。以下，主要参照图3的(a)进行详细说明。壳体主体12是由端板16和与端板16的外周缘连接且沿轴向延伸的圆筒状外周壁18组成的杯状构件。在壳体主体12的内部形成有大致圆筒状的收容空间20，并且使与端板16轴向相反的另一端面敞开。端板16包括在其中心处形成有圆形通孔22的圆形中央部24、从中央部24的外周缘向收容空间20沿轴向竖立的圆筒形中间部26、以及从中间部26的自由边缘径向向外延伸并且连接至外周壁18的内部的环形外周缘28。在中央部24的内周缘部上，形成有朝向收容空间20轴向突出的环形脊29。
[0046]
在外周壁18的内周面上，沿周向以预定间隔形成有五个沿径向向内突出的弧形脊30。五个脊30分别从端板16的外周缘28的内表面朝向外周壁18的开口端沿轴向直线延伸。如图3的(a)的b-b截面图所示，在周向上彼此相邻的脊30之间设置有周向宽度相对较大的一对锁定槽32a、32b和周向宽度相对较小的三个辅助槽34。
[0047]
该对锁定槽32a和32b具有相同的周向宽度。如图1中的b-b截面图所示，在螺旋弹簧10两端的钩部68a和68b待被插入到这些锁定槽中。锁定槽32a的逆时针侧端面(其被视为锁定面并用附图标记33a表示)和锁定槽32b的顺时针侧端面(其被视为锁定面并用附图标记33b表示)位于基本相同的直径上。通过这些锁定面，在螺旋弹簧10两端处的钩部68a和68b被锁定到固定壳体2。
[0048]
三个辅助槽34具有相同的周向宽度并且它们在周向上以相等的角度间隔定位。在外周壁18的自由边缘部分的内周面上，形成有轴向锁定突起36。为了定位遮护板14的轴向位置，轴向锁定突起36与三个辅助槽34的各个周向角度位置相对应地沿径向向内突出。轴向锁定突起36的周向宽度与辅助槽34的周向宽度相同。形成辅助槽34以帮助在外周壁18的内周面上形成轴向锁定突起36的成形。在外周壁18的内周面上，在脊30和轴向锁定突起36之间还形成有用于定位遮护板14的周向位置的一对周向锁定突起38。该对周向锁定突起38配置成在直径方向上彼此面对。
[0049]
以下说明主要参照图3的(b)。遮护板14包括基板40、外壁42和内壁44。基板40整体为圆盘状。外壁42和内壁44两者都被成形为圆筒形以在基板40的外周边缘部分沿轴向延伸。在轴向上比外壁42长的内壁44用于在将遮护板14组装到壳体主体12时定位螺旋弹簧10的轴向端部(参见图1的a-a截面图)。
[0050]
在基板40的中心处形成有圆形通孔46，并且在轴向端面的外周边缘部分形成有环形轴向锁定槽48。此外，在外壁42的外周面上形成有一对周向锁定槽50，其中槽50在直径方向上彼此面对。在将外圈构件4、内圈构件6等组装在壳体主体12的收容空间20中之后通过所谓的卡扣嵌合、即通过使用弹性变形嵌合在壳体主体12的开口端来组合遮护板14。此时，壳体主体12的轴向锁定突起36和周向锁定突起38分别嵌合到遮护板14的轴向锁定槽48和周向锁定槽50中。
[0051]
下面将通过参照图4以及图1与图2来进行说明。外圈构件4具有圆筒形形状。其外周面51和内周面52均具有圆形截面。在外圈构件4的内部形成有具有圆形截面的内部空间53。
[0052]
在外圈构件4的一个轴向端部处，沿周向以等角度间隔形成有三个切口54。这些切口54中的每一个都是u形的，使得一个轴向端部是敞开的。在本实施方式中，外圈构件4经由图4的(b)所示的输入连接构件55(输入连接构件55在图1中也具有阴影线)与诸如作为输入侧装置的电动机的驱动源连接。输入连接构件55包括待连接到驱动源的轴56和固定到轴56的轴向末端的凸缘58。凸缘58包括用于嵌合到外圈构件4的内部的盘状中央嵌合部60，以及三个外部嵌合部62，每个外部嵌合部62均嵌合到形成在外圈构件4上的三个切口54中。外圈构件4在轴向上的另一端部位于形成在壳体2的端板16上的环形脊29和中间部26之间，从而以可旋转的状态被支撑在径向上。
[0053]
如图1和图2所示，在外圈构件4的外周面51上安装有通过缠绕线材而形成的螺旋弹簧10(螺旋弹簧10示出在图7中)。螺旋弹簧10在自由状态下的内径小于外圈构件4的外径。螺旋弹簧10被安装成与外圈构件4的外周紧密接触，使得通过螺旋弹簧10的紧固力将预定的制动转矩施加到外圈构件4。即，螺旋弹簧10是用于与转矩限制器执行相同的致动的部件，用于将输出构件保持在停止位置直到来自输入构件的转矩达到预定值，并且在没有从输入侧装置输入旋转转矩时保持输出侧装置的位置。
[0054]
沿径向向外延伸的钩部68a和68b形成在螺旋弹簧10的两端处。钩部68a和68b待被分别插入到形成在壳体2上的一对锁定槽32a和32b中。这里，在两端处的钩部68a和68b被对称地插入到锁定槽中。因此，当向外圈构件4施加等于或大于制动转矩的旋转转矩时，减小螺旋弹簧10的紧固力以使外圈构件4旋转，而无论旋转转矩方向是顺时针还是逆时针。
[0055]
为了提高螺旋弹簧10和外圈构件4的耐用性、防止在外圈构件4的旋转过程中的振动和异响，在壳体2的收容空间20中密封有润滑剂。锁定槽32a和32b还用作用于储存和适当分配润滑剂的油袋。由于螺旋弹簧10和外圈构件4由金属制成，所以从防锈效果的观点来看，润滑剂优选是基于氟的。
[0056]
在圆筒状外圈构件4的内部空间53内部，具有圆形截面的外周面的内圈构件6与外圈构件4同心地安装。如图5所示，本实施方式中的内圈构件6是圆筒形部件。在内圈构件6的内周面上形成有花键嵌合用的内齿64，待连接到诸如掀背门的输出侧装置的旋转轴(在图8和图9中用双点划线示出)联接到内齿64。
[0057]
在外圈构件4的内周面52与内圈构件6的外周面之间的环状空间中，配置有构成用于防过载的转矩限制器的薄板弹性片8。薄板弹性片8是厚度为其纵向长度的0.05％至10％的金属薄板。如图6所示，该板通过滚压成形为大致圆筒形(带有间隙的c形)。在图示的实施方式中，通过预先在纵向上间隔地在金属薄板上压制等形成多个突起66。因此，在如上所述
的被弯曲成圆筒形的金属薄板上，所有突起66都沿径向向内突出。换言之，在薄板弹性片8上形成有多个凹凸。在薄板弹性片8安装在内圈构件6外侧的环形空间中的实施方式中，突起66的顶部抵靠内圈构件6的外周面，并且突起66的底部(薄板弹性片8的外周缘)抵靠外圈构件4的内周面，由此使外圈构件4和内圈构件6彼此连接。在图1的a-a截面图中，薄板弹性片8的轴向长度小于壳体2的端板16与输入连接构件55的中央嵌合部60之间的距离，而由于形成在壳体2的端板16上的环形脊29能够在一定程度上限制薄板弹性片8的轴向移动，因此薄板弹性片8能够稳定地发挥如下所述的功能。
[0058]
薄板弹性片又称公差环。这是也用于将凸缘形盘固定地安装在旋转轴上的部件，并且其即使轻微变形也能产生大的弹力。因此，即使当薄板弹性片8较小时，在外圈构件4和内圈构件6之间也产生了较大的摩擦力。由此，可以将内圈构件6相对于外圈构件4旋转(断开)的转矩值设定为充分大于由螺旋弹簧10施加的制动转矩。
[0059]
下面参照图8和图9对图1所示的配备有本发明的防过载系统的角度位置保持设备的操作进行说明。
[0060]
如图8中的各个箭头所示，输入连接构件55通过驱动源的电动机(输入侧装置)沿逆时针方向(从a-a截面图的左侧观察)旋转，然后，与输入连接构件55连接的外圈构件4和安装在其外周面上的螺旋弹簧10试图沿逆时针方向旋转。在这种情况下，螺旋弹簧10的钩部68a与锁定面33a接触，钩部68a沿着松开螺旋弹簧10的方向被推动。当输入到外圈构件4的旋转转矩超过制动转矩时，外圈构件4开始旋转。此时，防过载系统并未断开(即外圈构件4与内圈构件6通过薄板弹性片8的连接未被切断)，外圈构件4与内圈构件6一体地旋转。结果，电动机的旋转经由双点划线所示的旋转轴打开和关闭作为输出侧装置的掀背门。当输入连接构件55沿顺时针方向旋转时，电动机的旋转向掀背门类似地传递。
[0061]
当电动机的旋转停止使得外圈构件4的旋转停止时(即，当旋转转矩未施加到外圈构件4时)，外圈构件4的角度位置被由螺旋弹簧10施加的制动转矩保持在使外圈构件4和内圈构件6经由薄板弹性片8彼此连接的状态下。制动转矩被设定为大于由掀背门的自重作用在内圈构件6上的转矩。因此，即使在未向外圈构件4施加旋转转矩的情况下，掀背门也不会因自重而下落。
[0062]
当掀背门被手动施加了超过螺旋弹簧10的制动转矩的额外转矩时，外圈构件4能够旋转。在这种情况下，能够手动地操作本发明的角度位置保持设备的输出侧装置。
[0063]
例如，在通过电动机打开和关闭掀背门的过程中，一些障碍物可能会被夹在掀背门和车辆之间，从而导致掀背门的非正常停止。在这种情况下，会对电动机产生过大的转矩(比制动转矩大至少预定值)以尝试打开和关闭掀背门。过大的转矩将从外圈构件4传递到内圈构件6。在本发明中，由于薄板弹性片8介于外圈构件4和内圈构件6之间，因此如图9所示，在该部分发生滑动使得外圈构件4将旋转而内圈构件6保持停止。以这种方式，薄板弹性片8用作防过载的安全系统。即，可以避免被掀背门夹住的物品损坏或过大的电流流过电动机而损坏电动机的情况。
[0064]
在本发明中，用于角度位置保持的螺旋弹簧10安装在外圈构件4的外周面上。此外，用作防过载的转矩限制器的被弯曲成圆筒形的薄板弹性片8配置在形成于外圈构件4的内部空间53中。即，在用于将旋转从输入侧装置传递到输出侧装置的驱动系统中，用于防过载的转矩限制器和用于保持角度位置的转矩限制器被组合安装在同一构件的同一位置，从
而可实现两种功能的构件小型化以节省空间。
[0065]
用于保持角度位置的转矩限制器旨在使用螺旋弹簧10的制动转矩。通过适当地选择螺旋弹簧10的股线的匝数和直径，可以以高精度设定制动转矩的值。另一方面，构成用于防过载的转矩限制器的薄板弹性片8具有非常大的弹簧常数，即使圆形截面的直径较小。因此，即使本发明的角度位置保持设备小型化，也可以将能够使外圈构件4与内圈构件6断开的转矩(即，比制动转矩大至少预定值的旋转转矩)设定为高值。
[0066]
应注意，本发明的角度位置保持设备不限于在通过作为输入侧装置的电动机来打开和关闭作为输出侧装置的掀背门的开关系统中使用，而是可适用于各种设备的机械元件。例如，其能够应用于由铰链以枢转方式支撑的马桶座或马桶盖的自动开关系统，或诸如打印机盖的自动开关系统。该示例不限于由铰链支撑的输出侧装置，与用于转换旋转线性运动的转换器(例如，用于通过齿条将齿轮的旋转转换为线性运动的装置)联接的内圈构件6能够用于执行线性运动的诸如滑动门的装置的位置保持设备。
[0067]
此外，在本发明的角度位置保持设备中，外圈构件4和内圈构件6通常通过薄板弹性片8一体地连接，使得螺旋弹簧10的制动转矩均等地作用于两个构件。鉴于此，在以上说明中，将内圈构件6连接到输出侧装置。在该设备的使用中，这能够修改为使得将外圈构件4连接到输入侧装置并且将诸如电动机的输入侧装置连接到内圈构件6。
[0068]
虽然以上参照附图详细说明了本发明的角度位置保持设备，但本发明不限于上述实施方式。例如，容纳每个部件的壳体主体能够通过使用诸如螺钉的任何紧固件而不是使用如所示实施方式中的所谓卡扣嵌合来与遮护板连接。此外，能够对上述实施方式进行各种修改。例如，在图示的实施方式中，在内圈构件的内侧设置花键，用于与连接到输出侧装置的旋转轴联接。相反，可以通过向内圈构件和旋转轴设置凸缘来紧固。
[0069]
附图标记说明
[0070]
2：壳体
[0071]
4：外圈构件
[0072]
6：内圈构件
[0073]
8：薄板弹性片
[0074]
10：螺旋弹簧
[0075]
32a、32b：锁定槽
[0076]
55：输入连接构件
[0077]
68a、68b：钩部