JP4587716B2

JP4587716B2 - トルクリミッタ

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Publication number: JP4587716B2
Application number: JP2004192615A
Authority: JP
Inventors: 信和坂本
Original assignee: Yamauchi Corp
Current assignee: Yamauchi Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: CN1715697A; CN100472082C; JP2006017141A

Description

この発明は、トルクを変えることのできるトルクリミッタに関し、特に、所定のトルクを容易に得ることができる、トルクリミッタに関する。

図９は、コピー機等に用いられる給紙装置の重送防止機構を示す。図９において摩擦ローラ１０１は給送ローラ１０２に所定圧で押し付けられている。この摩擦ローラ１０１には、トルクリミッタ１０３を介して用紙１０４を戻す方向のトルクＴが与えられている。トルクリミッタ１０３は、駆動側すなわちシャフト１０５から従動側すなわち摩擦ローラ１０１へ、所定のトルク値Ｔａの範囲内で回転を伝達するが、所定のトルク値Ｔａを越えるトルクが発生した場合には回転の伝達を遮断する機能を有している。所定のトルク値Ｔａは、用紙どうしの摩擦力よりは大きく、給送ローラ１０２の回転力よりは小さい値に設定されている。従って、給送ローラ１０２と摩擦ローラ１０１との間に２枚以上の用紙１０４が案内されたときには、２枚目以降の用紙は１枚目と分離されて用紙１０４の進行方向とは逆の方向に戻される（Ａ）。しかし、給送ローラ１０２と摩擦ローラ１０１とが直接接しているか、１枚の用紙１０４のみを挟んで接しているときには、摩擦ローラ１０１の回転は、トルクリミッタ１０３の機能によってシャフト１０５の回転と遮断され、摩擦ローラ１０１は給送ローラ１０２と一緒に連れ回りする（Ｂ）。このようにして、給紙装置からは用紙１０４が一枚ずつ送り出される。給紙装置から用紙１０４を１枚ずつ確実に送り出す為には、トルクリミッタ１０３には、伝達トルクの最大値Ｔａが安定していることが要求されている。

トルクリミッタは、使用箇所に応じて所望のトルクが異なる。したがって、作動トルクの異なるトルク可変式のトルクリミッタが望まれてきた。

そのような、トルク可変式のトルクリミッタがたとえば、特開平５-２４８４５３号公報（特許文献１）や、特開平１１-２１８１５２号公報（特許文献２）や、特開平１１-３１１２６１号公報（特許文献３）に記載されている。

特許文献１や特許文献２においては、円筒の内周面に設けられた磁性部材と軸に設けられた円周状の永久磁石とが対向し、その対向面積がネジを回転することによって変化される。

特許文献３においては、円筒の内周面に設けられたヒス材と軸に設けられた円周状の磁石とが対向し、ヒス材を治具で押すことによって、その対向面積を変化させている。
特開平５-２４８４５３号公報（図１および段落番号０００８）特開平１１-２１８１５２号公報（図１および段落番号０００９）特開平１１-３１１２６１号公報（図１および段落番号００１１）

トルク可変式のトルクリミッタは、上記のように構成されていた。特許文献１や２においては、トルクを変えることはできるものの、そのときには、トルクリミッタの軸方向の全長が変化し、限られた空間内には取付けられないという問題があった。

特許文献３においては、その軸方向の全長は変わらないものの、治具を用いてヒス材を押すことによって、磁石とヒス材との対向面積を変えていたため、所望のトルクの設定が困難であるため、所定のトルクを容易に得ることはできなかった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、コンパクトでかつ所定の範囲のトルクを容易に得ることができるトルクリミッタを提供することを目的とする。

この発明に係る、磁石とヒステリシス材とを径方向に所定の間隔を保った状態で相対的に回転させることによって発生するヒステリシスを利用したトルクリミッタは、磁石とヒステリシス材との対向面積を固定した第１部分と、第１部分に隣接して設けられ、磁石とヒステリシス材との対向面積を調整可能とした第２部分とを有する。

好ましくは、第２部分は、磁石とヒステリシス材との対向する面積の割合が０％から１００％まで変化するよう磁石をヒステリシス材に相対的に移動させる移動手段を含む。

さらに好ましくは、移動手段は、ネジである。

さらに好ましくは、第１部分および第２部分は軸方向において所定の位置に設けられた両端部と、前記両端部に接続された円周面を有するハウジング内に収納される。

ヒステリシス材と磁石とは、いずれか一方をハウジングの円周内面に設け、他方を軸に固定された固定座および軸方向に移動可能な円筒状筒体の外周面に設ける。

この発明によれば、磁石とヒステリシス材との対向面積を固定した第１部分と、対向面積を連続的に調整可能とした第２部分とが隣接して設けられるため、固定された部分では一定のトルクが発生し、それに隣接した部分では、可変トルクが得られる。

その結果、所定の範囲のトルクを容易に得ることができるトルクリミッタを提供できる。

好ましくは、第１部分および第２部分は軸方向において所定の位置に設けられた両端部と、両端部に接続された円周面を有するハウジング内に収納される。

所定の寸法のハウジング内にトルク発生部が収容されるため、コンパクトなトルクリミッタを提供できる。

（１）第１実施の形態
以下、この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１実施の形態に係る、トルク可変式のトルクリミッタの全体構成を示す断面図である。ここでは、トルクリミッタが図９の給紙装置の重送防止機構として使用される場合を例にあげて説明する。また、図１は、最低トルクを発生する状態に対応している。

図１を参照して、トルクリミッタ１０は、一端が密閉され、他方端が開放された、円筒状外周部１２と、円筒状外周部１２の開放端部を覆うキャップ４５とを有する第１回転体１１と、第１回転体１１内に収容され、駆動軸４１に一体化され、駆動軸４１とともに回転する第２回転体２１とを含む。

円筒状外周部１２の内周面のキャップ４５側の端部には、円筒状の半硬質磁石（ヒステリシス材）１３が固着されている。

第２回転体２１は、駆動軸４１に一体化され、半硬質磁石１３に対向するように設けられた円筒状の永久磁石２２と、永久磁石２２と同一面上の両端面を有し、永久磁石２２を保持するための円柱状の固定座２３とを含む。固定座２３は、軸方向に沿った円筒状のガイド部２４を有している。

第２回転体２１はさらに、ガイド部２４に沿って、永久磁石２２に近接／離隔可能に設けられた、永久磁石２５と、永久磁石２５と同一面上の両端面を有し、永久磁石２５を保持するための、円筒状筒体２６とを含む。

永久磁石２５の永久磁石２２側への移動は、後に説明する調整ネジで行う。永久磁石２２および永久磁石２５の外周面には多極着磁が行なわれている。

また、第２回転体２１は、ガイド部２４の一部に設けられた切欠き部において、ネジ（またはビス）２９を駆動軸４１に押し付けることによって、駆動軸４１と一体化している。

固定座２３と円筒状筒体２６は、それぞれ、穴２７と、ネジ穴２８とを有し、調整ネジ３０は、穴２７を貫通し、ネジ穴２８に係合する。調整ネジ３０のキャップ４５側に設けられた頂部には、溝３３が設けられ、溝３３を介して調整ネジ３０を回転することにより、ネジ部３１が回転し、永久磁石２５を永久磁石２２側へ移動できる。

なお、キャップ４５の調整ネジ３０に対応する位置には、調整ネジ３０を回転させて、トルクを調整する治具を通過させるための、トルク調整用穴３５が設けられている。

図１に示すように、半硬質磁石１３と永久磁石２２とは、キャップ４５側の端面の位置が一致している。キャップ４５の軸受部と第１回転体１１の軸受部は円筒状のガイド部２４の両端で支持され、回転摺動する。この摺動面には、予め固体潤滑剤の塗膜を形成している。

なお、固体潤滑剤の塗膜を形成する代りに、摺動剤を混入させた樹脂スリーブ成形品を圧入固定してもよい。

なお、キャップ４５は、透明な材料で構成してもよい。そうすれば、トルクリミッタ１０の内部の動きを見ることができる。また、調整ネジ３０による永久磁石２５の位置調整が容易になる。

図１を参照して、半硬質磁石１３は、幅Ｔ１、永久磁石２２は、幅Ｔ２、永久磁石２５は幅Ｔ３の寸法を有し、Ｔ１＝Ｔ２＋Ｔ３となっている。

図２は、調整ネジ３０を回転させて、永久磁石２２と、永久磁石２５とを接触させた状態を示す図であり、最大のヒステリシストルクが得られる状態を示す。

図１および図２を参照して、半硬質磁石１３と、永久磁石２１とは、常に幅Ｔ１で対向しているとともに、半硬質磁石１３と、永久磁石２５とは、その対向する寸法を、調整ネジ３０を回転することによって、０からＴ３迄変化させることができる。

ここで、半硬質磁石１３と、永久磁石２１とが幅Ｔ１で対向している部分を第１部分といい、半硬質磁石１３と、永久磁石２５とが、その対向する寸法を調整することによって、０からＴ３迄変化させることができる部分を第２部分という。

すなわち、トルク値を上げる場合は、キャップ４５のトルク調整用穴３５からドライバーで調整ネジ３０を操作し、永久磁石２５を永久磁石２２側に寄せる。永久磁石２２と永久磁石２５とが接する程、永久磁石２２，２５と半硬質磁石１３との対向面積が大きくなり、両永久磁石２２、２５が接触すると最大トルク値が得られる。

一方、トルク値を下げる場合はキャップ４５のトルク調整用穴３５からドライバーで調整ネジ３０を操作し、永久磁石２５を永久磁石２２から離せば半硬質磁石１３と永久磁石２５との対向面積が減少し低いトルク値が得られる。

したがって、ヒステリシストルクとして、幅Ｔ２で規定される面積に対応するトルクから、幅Ｔ２＋Ｔ３で規定される面積に対応するトルクまで変化させることができる。

また、トルクを変化させても、キャップ４５の端面から、第１回転体のキャップ４５に対向する側の端面は、一定の寸法に保たれているため、トルクリミッタ全体としてコンパクトになり、取り付け箇所を考慮する必要がなくなる。

すなわち、この実施の形態における、発生トルク値は、半硬質磁石１３に対抗する永久磁石２２と永久磁石２５の合計面積、材質による磁気特性と着磁電圧及び設定ギャップにより決定され、トルク可変量は、永久磁石２２と永久磁石２５の面積比率と軸方向の距離で決定される。一例として、図１および図２に示した状態で、トルクを、１００ｇｆｃｍから３００ｇｆｃｍまで変化させる等、自由自在に調節ができる。

次に各構成要素の材質について説明する。キャップ４５を含む第１回転体１１は、摺動部を構成する合成樹脂材料は、熱可塑性・結晶性樹脂として結晶化度が３８％以上の熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。必要に応じてチタン酸カリウムウイスカーやリン片状ヘキサアルミネート・カーボン繊維・繊維状ケイ酸カルシウム・グラファイト等の充填材を５〜３０Wt％混入してもよい。

具体的にはポリフエニレンサルファイド樹脂（PPS）、ポリプロピレン樹脂（PP）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（PBT），ポリアセタール樹脂（POM）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（PET），ポリカーボネート樹脂（PC）等が好ましい。

第１回転体１１の内周面に設けられる半硬質磁石１３としては、ヒステリシス材（Fe−Cr−Co系磁性材料）を使用する。半硬質磁石１３はシームレスパイプ状又はカール状であってもよい。

第２回転体２１の固定座２３としては、高速・高トルクで高荷重と発熱を伴う場合はアルミニウム合金、ステンレス合金、銅合金等の熱伝導率の小さい金属が適している。低速・低トルクで発熱が伴わない場合はポリアセタール樹脂・ポリオレフイン樹脂・ポリプチレンテレフタレート樹脂・ポリフェニレンサルファイド樹脂・全芳香族系ポリエステル液晶ポリマー・ポリカーボネート樹脂、等の摺動剤や充填剤入りを使用してもよい。第２回転体２１の、第１回転体１１との摺動部は、上記したように、自己潤滑性に優れた固体潤滑剤をバインダーに分散させ電着塗装またはスプレー塗装にて８μｍ〜２５μｍの塗膜を形成する。

固体潤滑剤はフッ素樹脂単独或いは二硫化モリブデンとグラファイトを混合したもの，フッ素樹脂と二硫化モリブデンを混合したもの、フッ素樹脂と二硫化モリブデンとグラファイトを混合したもの、二硫化タングステン（ＷＳ２）、フツ化黒鉛、等が摺動特性に信頼性がある。

固体潤滑剤の塗膜形成をより安価にする為に、摺動剤を混入させた樹脂スリーブ成形品を第２回転体２１の摺動部分に圧入固着させる方法も有効である。

永久磁石２２，２５としてはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石・フェライト系ボンド磁石・Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系・Ｓｍ−Ｃｏ系・金属磁石（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系・Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系）等を用いても良い。

次に、この実施の形態の変形例について説明する。

図３および図４は、第１実施の形態の変形例を示す図である。図３は先の実施の形態の、図１に対応し、図４は図２に対応する。

この変形例においては、トルクリミッタ１０ａの半硬質磁石１３ａの幅寸法Ｔ１は、先の実施の形態と同じであるが、永久磁石２２ａの幅方向寸法Ｔ４と、永久磁石２５ａの幅方向寸法Ｔ５とは、それぞれ、Ｔ１＝Ｔ４＋Ｔ５で、且つ、Ｔ４＜Ｔ２、Ｔ５＞Ｔ３となるように選ばれている。

永久磁石２２ａの幅方向寸法をこのように設定することによって、常時発生するトルクを抑え、変化されるトルクの量を大きくすることができる。

上記以外の部分については、先の実施の形態と同じであるため、その説明は省略する。
（２）第２実施の形態
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。

図５および図６は、第２実施の形態にかかるトルクリミッタ５０の全体構成を示す断面図である。図５は、第１実施の形態の図１に対応し、図６は図２に対応する。

この実施の形態においては、第２回転体６１の固定座６３のキャップ５５側の端面が、トルクリミッタ５０の外部端面、すなわち、キャップ５５の端面位置まで延びており、それによって、調整ネジ６０のドライバによる調整が外部から可能になっている。また、これに伴って、第１回転体５１のキャップ５５の内径寸法が大きくなっている。それ以外の点については、先の実施の形態と同じであるので、その説明は省略する。

この実施の形態においては、調整ネジ６５の調整を外部から出来るようにしたため、トルクの設定がより容易になる。

次に、第２実施の形態の変形例について説明する。

図７および図８は、第２実施の形態の変形例を示す図である。図７は、先の実施の形態の図５に対応し、図８は図６に対応する。

この変形例においては、第１実施の形態の変形例と同様に、半硬質磁石１３の幅寸法Ｔ１は、同一でありながら、永久磁石２２ａの幅方向寸法Ｔ４と、永久磁石２５ａの幅方向寸法Ｔ５とは、それぞれ、Ｔ１＝Ｔ４＋Ｔ５で、且つ、Ｔ４＜Ｔ２、Ｔ５＞Ｔ３となるように選ばれている。

永久磁石の幅方向寸法をこのように設定することによって、常時発生するトルクを抑え、変化されるトルクの量を大きくすることができる。

上記以外の部分については、上記した実施の形態と同じであるため、その説明は省略する。

以上説明したように、この実施の形態にかかるトルクリミッタは、永久磁石２５を駆動軸４１方向にスライド移動させ、永久磁石２５と半硬質磁石１３の対向面積を変えることで、ヒステリシストルクを容易に調整することが出来る。更に、永久磁石２２とトルク調整用の移動可能な永久磁石２５のそれぞれの磁気特性や材質・外径寸法・長さ寸法を組み合わせる事により広範囲なトルク調整が可能になり、通紙用紙の種類や給紙装置の設計仕様、或いは使用する部位別に応じた各種トルクリミッタの準備が不要となる。

また、トルクリミッタは、全長寸法が変化しないため、トルクリミッタの着脱部位に全長寸法の変動を吸収する機構が不要となり互換性も高まる。

上記実施の形態においては、半硬質磁石の全幅寸法と、固定側永久磁石と移動側永久磁石との幅寸法の和を一致させたが、これに限らず、ずらしてもよい。

上記実施の形態においては、移動側永久磁石を単一の永久磁石で構成したが、これに限らず、複数の永久磁石で構成してもよい。

上記実施の形態においては、半硬質磁石を第１回転体の内面に設け、永久磁石を２分割して、半硬質磁石に対向して設けた場合について説明したが、これに限らず、半硬質磁石と永久磁石とをそれぞれ、逆に設けてもよい。

上記実施の形態においては、キャップを透明にしてもよいと記載したが、これに限らず、全体を透明、または半透明にしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明によれば、磁石とヒステリシス材との対向面積が固定された部分と、対向面積が連続して変化する部分とが隣接して設けられるため、固定された部分では一定のトルクが発生し、それに隣接した部分では、可変トルクが得られる。その結果、所定の範囲のトルクを容易に得ることができるトルクリミッタとして有利に利用されうる。

この発明の第１の実施の形態に係るトルクリミッタの全体構成を示す断面図である。第１の実施の形態に係るトルクリミッタにおいてヒステリシストルクが最大の状態を示す断面図である。第１の実施の形態の変形例に係る、トルクリミッタの全体構成を示す断面図である。第１の実施の形態の変形例に係る、トルクリミッタにおいてヒステリシストルクが最大の状態を示す断面図である。この発明の第２の実施の形態に係るトルクリミッタの全体構成を示す断面図である。第２の実施の形態に係るトルクリミッタにおいてヒステリシストルクが最大の状態を示す断面図である。第２の実施の形態の変形例に係る、トルクリミッタの全体構成を示す断面図である。第２の実施の形態の変形例に係る、トルクリミッタにおいてヒステリシストルクが最大の状態を示す断面図である。トルクリミッタの具体的な使用例を示す図である。

符号の説明

１０トルクリミッタ、１１第１回転体、１２円筒状外周部、１３半硬質磁石、２１第２回転体、２２永久磁石、２３固定座、２４ガイド部、２５永久磁石、２６円筒状筒体、２７穴、２８ネジ穴、３０調整ネジ、３１ネジ部、３３溝、３５トルク調整用穴、４１駆動軸、４５キャップ。

Claims

軸方向の位置が固定された第１の磁石及び前記第１の磁石に対して近接／離隔可能に軸方向に移動可能とした第２の磁石と、前記第１の磁石より軸方向に長い一つのヒステリシス材とからなり、
前記第１の磁石と前記ヒステリシス材との対向面積を固定した第１部分と、
前記第１部分に隣接して設けられ、前記第２の磁石と前記ヒステリシス材との対向面積を調整可能とした第２部分とを有し、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石と前記ヒステリシス材とを径方向に所定の間隔を保った状態で相対的に回転させることによって発生するヒステリシスを利用したトルクリミッタ。
前記第２部分は、前記第２の磁石と前記ヒステリシス材との対向する面積の割合が０％から１００％まで変化するよう前記第２の磁石を前記ヒステリシス材に相対的に移動させる移動手段を含む、請求項１に記載のトルクリミッタ。
前記移動手段は、ネジである、請求項２に記載のトルクリミッタ。
前記第１部分および第２部分は軸方向において所定の位置に設けられた両端部と、前記両端部に接続された円周面を有するハウジング内に収納される、請求項１から３のいずれかに記載のトルクリミッタ。
前記ヒステリシス材は、前記ハウジングの円周内面に延在し、前記第１の磁石は、前記軸に固定された固定座の外周面に設けられ、前記第２の磁石は、前記軸方向に移動可能な円筒状筒体の外周面に設けられた、請求項４に記載のトルクリミッタ。