JPH08550U - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でも高トルクが得られ、しかもトルクの
変動が小さく、長期に渡って安定したトルクが得られる
トルクリミッタを提供する。 【構成】 円筒状永久磁石（１１）を固着した第１回転
体（６）と、円筒状半硬質磁性体（１２）を固着した第
２回転体（８）とからなり、永久磁石（１１）と半硬質
磁性体（１２）との間に生じるヒステリシストルクによ
って上記両回転体間でトルクを伝達するトルクリミッタ
（３）において、永久磁石（１１）は希土類磁石であ
り、第１回転体（６）は非磁性金属材料で形成し、第２
回転体（８）は熱可塑性樹脂材料で形成する。また、非
磁性金属材料からなる回転体をオイルを含浸した焼結金
属で形成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、永久磁石と半硬質磁性体との間に生じるヒステリシストルクによ ってトルクを伝達するトルクリミッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、ヒステリシストルクを利用したトルクリミッタは、オーディオ・ビデオ 機器のリール台や、複写機、プリンター等の給紙装置などに用いられている。

【０００３】 例えば、図４及び図５は給紙装置の重送防止機構を示すものであり、図におい て摩擦ローラ（１）は給送ローラ（２）に所定圧で押しつけられている。この摩 擦ローラ（１）には、トルクリミッタ（３）を介して用紙（４）を戻す方向に常 に一定のトルク（Ｔ）が与えられている。そして、給送ローラ（２）と摩擦ロー ラ（１）との間に２枚以上の用紙（４）が案内されたときには２枚目以降の用紙 （４）は１枚目と分離されて用紙の進行方向とは逆の方向に戻される（図４）。 しかし、給送ローラ（２）と摩擦ローラ（１）とが直接接しているか、１枚の用 紙を挟んで接しているときには、摩擦ローラ（１）は給送ローラ（２）と一緒に 用紙を送り出す方向にツレ回りする（図５）。従って、用紙を一枚ずつ確実に送 り出すためには、トルクリミッタ（３）によって摩擦ローラ（１）に与えられて いる逆方向の回転トルク（Ｔ）は、用紙（４）どうしの摩擦力よりは大きいが、 給送ローラ（２）の回転トルクよりは小さくなければならない。そしてなおかつ 、トルクリミッタ（３）は、常に一定の安定したトルク（Ｔ）を維持し続けなけ ればならない。

【０００４】 このような給紙装置に用いられるヒステリシストルクを利用したトルクリミッ タとして、熱可塑性樹脂からなる互いに摺動回転可能な２つの回転体からなり、 一方の回転体には円筒状の永久磁石を固着し、他方の回転体には前記永久磁石と 間隙をもって対向する円筒状の半硬質磁性体を固着し、永久磁石と半硬質磁性体 との間に生じるヒステリシストルクにより両回転体間でトルクを伝達する構造の ものが知られている。そして、上記永久磁石としてはフェライト磁石が用いられ ていた（例えば、実願平１−６１６６０（実開平３−３２１）号）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来のトルクリミッタでは、２つの回転体共に熱可 塑性樹脂を用いていたため、次のような問題があった。 熱可塑性樹脂は熱伝導性が悪いため、ヒステリシス熱や摩擦熱を外部へ放出 できず、トルクリミッタの温度上昇を避けられない。温度が上昇すると、永久磁 石の磁力が低下し、トルク変動の原因となる。また、通常、熱可塑性樹脂は表面 温度の上昇によって摩擦係数が変化するため、両回転体の摺動特性が変化し、こ の点からもトルク変動の原因となる。 熱可塑性樹脂は、熱膨張や吸湿による寸法変化が大きい。このため、表面に 接着した永久磁石が割れてしまうことがある。また、寸法変化によって摺動部の クリアランスが変化したり、永久磁石と半硬質磁性体との間隔が変化したりする ため、トルク変動の原因となる。 一般に、熱可塑性樹脂は永久磁石との接着性があまり良くない。

【０００６】 ところで、従来のトルクリミッタでは、永久磁石としてフェライト磁石を用い ていたが、フェライト磁石では磁力が小さいため、所定のトルク値を得るために は永久磁石と半硬質磁性体との対向面積を大きく取らなければならず、必然的に トルクリミッタの小型化、高トルク化には限界があった。トルクリミッタの小型 化、高トルク化を達成するためには、フェライト磁石に代えて、磁力の大きい希 土類磁石を用いることが考えられる。しかし、希土類磁石を用いた場合、高トル クが得られる反面、大きなヒステリシス熱が発生するため、上記したようなトル クリミッタの温度上昇に伴う磁力低下やトルク変動の問題、および回転体の熱膨 張に伴う永久磁石の割れやトルク変動の問題がより一層顕著なものとなる。この ため、従来、希土類磁石は採用しづらかった。

【０００７】 また、従来のトルクリミッタでは、２つの回転体が接触する摺動部に潤滑油を 添加していた。しかし、潤滑油を用いた場合は使用中にオイル枯れを起こしやす く、また摺動部に定期的にオイルを供給することも非常に困難である。このため 使用とともに摺動部の潤滑性が損なわれ、トルクの上昇を招く結果となっていた 。これに対し、保持性の良いグリース、ワックス等を用いることも考えられるが 、これらは初期粘性が大きいため、起動時と定常時のトルク差が大き過ぎて好ま しくない。

【０００８】 この考案の目的は、小型でも高トルクが得られ、しかもトルクの変動が小さく 、長期に渡って安定したトルクが得られるトルクリミッタを提供することにある 。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、この考案は、希土類磁石の持つ高い磁気特性と、金 属材料の持つ熱伝導性、寸法安定性、接着性等に着目してなされたものである。 すなわち、この考案によるトルクリミッタは、円筒状外周部を有する第１回転体 と、この円筒状外周部に間隙をもって対向する円筒状内周部を有していて前記第 １回転体と同軸上にかつ互いに摺動向転可能に設置された第２回転体とからなり 、上記円筒状外周部と上記円筒状内周部の一方には円筒状永久磁石が、他方には 円筒状半硬質磁性体がそれぞれ固着されており、永久磁石と半硬質磁性体との間 に生じるヒステリシストルクによって上記両回転体間でトルクの伝達を可能とし たトルクリミッタにおいて、上記永久磁石は希土類磁石であり、上記両回転体の うちのいずれか一方の回転体は非磁性金属材料からなり、他方の回転体は熱可塑 性樹脂材料からなることを特徴とする。

【００１０】 この考案によるトルクリミッタでは、フェライト磁石ではなく希土類磁石を用 いているため、高いトルク値を得ることができる。希土類磁石を用いれば、フェ ライト磁石の場合に比べて必然的により大きなヒステリシス熱を発生することに なるが、走行中に発生するヒステリシス熱や摩擦熱は、熱伝導性の良い非磁性金 属材料からなる回転体を通じて外部に放出される。このため、温度上昇による永 久磁石の磁力低下や摺動部の摩擦係数の変化を防止することが可能となる。また 、上記非磁性金属材料は、従来用いられていた樹脂材料に比べて熱や吸湿に対す る寸法安定性、永久磁石との接着性の点でも優れているため、この点からも好ま しい。

【００１１】 更に、両回転体間の摺動部の摺動特性を維持するという観点からは、上記非磁 性金属材料からなる回転体をオイルを含浸した焼結金属で形成することが好まし い。

【００１２】 この場合、走行中のヒステリシス熱や摩擦熱によって、焼結金属中に含浸され たオイルが徐々に摺動部表面に滲出し、常に摺動部にオイルが供給された状態を 維持できる。また、回転を停止すれば温度は下がり、滲出したオイルは再び焼結 金属中に吸収される。

【００１３】 上記において、希土類磁石（焼結磁石及び樹脂磁石を含む）としては、Ｎｄ− Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石などが挙げられる。

【００１４】 一方、半硬質磁性体としては、高い残留磁束密度とある程度（１０〜１，００ ００ｅ）の保磁力をもち、ヒステリシスが角形である金属材料が用いられるが、 トルクリミッタの小型化、高トルク化の点からは、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃ ｒ−Ｃｏ系合金等を用いるのが好ましい。

【００１５】 また、２つの回転体を両方共金属材料で形成した場合は、金属どうしの摺動部 が著しく摩耗する危険がある。従って、一方の回転体を非磁性金属材料で形成し 、他方の回転体には金属材料に対して耐摩耗性及び滑動性に優れた熱可塑性樹脂 材料を用いる。この熱可塑性樹脂材料は、単独で用いても良いし、シリカ、クレ ー、グラファイト等の充填材を混入して用いても良い。上記非磁性金属材料とし ては、例えばアルミニウム、亜鉛、しんちゅう、ステンレスなどが挙げられる。 また、上記熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアセタール樹脂、 ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。なお、上記ポリオレフィン樹 脂は、エチレン、プロピレン、ブテン等のオレフィン類の単独重合体または異種 ポリオレフィンとの共重合体の総称で、代表例としてポリエチレン樹脂、ポリプ ロピレン樹脂、ポリブテン樹脂等が挙げられる。

【００１６】 また、回転体を、オイルを含浸した焼結金属で形成する場合には、上記非磁性 金属の焼結金属を用いることができる。またこの場合のオイルは液状オイルであ り、例えばシリコーンオイルなどの合成油、ナフテン系又はパラフィン系の鉱油 、作動油等を用いることができる。

【００１７】 なお、両回転体間の摺動部には、摺動特性向上と摩耗防止のために、上記液状 オイルを潤滑油として添加してもかまわない。

【００１８】 更に、永久磁石及び半硬質磁性体の発錆防止と回転トルクの向上の目的で、永 久磁石と半硬質磁性体との間隙に、シリコーンオイルなどの合成油、ナフテン系 又はパラフィン系の鉱油、作動油等の粘性液状物を充填してもかまわない。

【００１９】

【実施例】

次に、この考案の実施例について説明する。

【００２０】 図１はこの考案の一実施例であるトルクリミッタ（３）を給紙用摩擦ローラ（ １）に用いた場合の断面図である。図において、トルクリミッタ（３）は、円筒 状外周部（５）を有する第１回転体（６）と、円筒状内周部（７）を有する第２ 回転体（８）とからなっており、さらに第２回転体（８）は、有底円筒状の本体 部（８ａ）と、蓋体（８ｂ）とからなっている。このトルクリミッタ（３）は、 第２回転体（８）の本体部（８ａ）中に第１回転体（６）を挿入し、次いで蓋体 （８ｂ）を取り付ける手順で組み立てられている。そして、第１回転体（６）は 金属製のシャフト（９）を通して図示しない駆動機構と連結しており、また第２ 回転体（８）は底部でゴムローラ（１）と嵌合している。ここで、第１回転体（ ６）と第２回転体（８）とは同軸上に設置されており、摺動部（１０ａ，１０ｂ ）での当接によって半径方向及び軸方向の位置決めがなされていて、かつ互いに 摺動回転可能となっている。

【００２１】 第１回転体（６）の円筒状外周部（５）には、円筒状の永久磁石（１１）が接 着剤により固着されている。この永久磁石（１１）はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂磁石 で、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末とエポキシ樹脂とからなる樹脂磁石粉末を所定の 金型に投入し、圧縮成形した後、加熱して硬化させ、更に防錆のために表面を樹 脂コーティングした後、着磁ヨークを用いて外周に着磁を行なったものである。

【００２２】 また、第２回転体（８）の円筒状内周部（７）には、円筒状の半硬質磁性体（ １２）が圧入によって固着されている。この半硬質磁性体（１２）はＦｅ−Ｃｒ −Ｃｏ系合金製であり、その面長は、永久磁石（１１）の磁力を有効に利用する ため、永久磁石（１１）のそれより若干（０．５〜２．０ｍｍ程度）長くしてあ る。そして、永久磁石（１１）との間には所定の間隙（１３）が形成されている 。なお、永久磁石（１１）と半硬質磁性体（１２）の位置は入れ替っても構わな い。すなわち、第１回転体（６）に半硬質磁性体（１２）を固着し、第２回転体 （８）に永久磁石（１１）を固着しても良い。

【００２３】 〔実施例１〕 上記実施例において次の材料を用いた。 第１回転体（６）：アルミニウム展伸材（材質Ａ２０１１） 第２回転体（８）：ポリプロピレン樹脂（商品名ポリファイン；徳山曹達株式 会社製） 永久磁石（１１）：Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂磁石（ＮＰ−８Ｌ；大同特殊鋼株式 会社製）・・・・外径１８．６４ｍｍ、内径１５．４ｍｍ、長さ１０．１ｍｍの 円筒状樹脂磁石の外周を１８極に多極着磁した。 半硬質磁性体（１２）：Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金（ＹＨＪ３０−１０；日立金 属株式会社製）・・・・外径２０．０ｍｍ、内径１８．８ｍｍ、長さ１１．０ｍ ｍとした。 更に、摺動部（１０ａ，１０ｂ）には、潤滑油としてシリコーンオイル（ＫＦ ９６；信越化学工業株式会社製；粘度１００ｃｓｔ）を添加した。

【００２４】 〔実施例２〕 第１回転体（６）として含油焼結アルミニウム製のものを用いた。この含油焼 結アルミニウムは、焼結アルミニウム（材質Ａ２０１４）で成形したコアの円筒 状外周部（５）に円筒状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂磁石（１１）を接着した後、シ リコーンオイル（ＫＦ９６；信越化学工業株式会社製；粘度１００ｃｓｔ）に浸 漬し、内部からの発泡が止むまで減圧して得た。 また、第１回転体（６）以外は実施例１と同じものを用いた。

【００２５】 〔従来例〕 第１回転体（６）としてポリアミド樹脂（レオナ６６；旭化成工業株式会社製 ）製のものを用い、それ以外は実施例１と同じものを用いた。

【００２６】 以上の材料を用いて製造した実施例１、２及び従来例のトルクリミッタについ て、第２回転体を強制的に静止させながら第１回転体を３５０ｒｐｍで連続駆動 させ、その間の第２回転体の表面温度、及び第２回転体への伝達トルクを測定し た。なお、伝達トルクはデジタルフォースゲージ（ＤＦＧ−１Ｋ；シンポ工業株 式会社製）で測定した。

【００２７】 図２は、実施例１、２及び従来例に用いた材料と、各トルクリミッタの定常時 の表面温度を示している。この図から判るように、本実施例によるトルクリミッ タは、いずれも従来例に比べて定常時の表面温度が１０°Ｃ以上低い。又、表面 温度の変化もほとんど起っていないことが判る。その理由は、第１回転体に非磁 性金属材料を用いたために、第１回転体と金属製のシャフトとを通して外部へ熱 が放出されたことによるものと思われる。

【００２８】 図３は、各トルクリミッタの、伝達トルクの経時変化を比較したものである。 従来例のトルクリミッタは初期の段階からトルクが下がり始め、またトルクが不 安定であった。これに対し、実施例１及び２のトルクリミッタは、いずれも１， ０００時間以上もの間安定した一定のトルクを維持し続けた。これは、第１回転 体の熱伝導性の違い、即ち、実施例１及び２のトルクリミッタは従来例に比べて 温度の上昇が低く、また温度がほとんど変化しないことに起因するものと思われ る。また同図において、実施例１のトルクリミッタは１，０００時間を過ぎた辺 りからトルクの増大がみられたが、実施例２のトルクリミッタは僅かにトルクが 増大しただけである。このことから、実施例２のトルクリミッタは、第１回転体 からのオイルの滲出により、長期に渡って摺動部の摩耗を抑制し、良好な摺動特 性を維持できることがわかる。

【００２９】

【考案の効果】

以上に説明した通り、この考案によるトルクリミッタは、永久磁石として希土 類磁石が用いられ、一方の回転体が非磁性金属材料で形成され、他方の回転体が 熱可塑性樹脂材料で形成されている。この非磁性金属材料は熱伝導性、寸法安定 性及び永久磁石との接着性に優れているため、温度上昇や寸法変化に起因する永 久磁石の磁力低下、両回転体間の摺動特性の変化、永久磁石の割れといった問題 を防止できる。また、このように放熱性が良いため、従来は使用しづらかった希 土類磁石を用いてもヒステリシス熱を発散させることができ、希土類磁石の長所 である高い磁気特性を有効に利用することができる。さらに、非磁性金属材料と 熱可塑性樹脂材料とが摺動するため、耐摩耗性及び滑動性に優れている。従って 、この考案によるトルクリミッタによれば、小型でも高トルクが得られ、しかも トルクの変動が小さく、長期に渡って安定したトルクを得ることが出来る。

【００３０】 更に、上記非磁性金属材料としてオイルを含浸した焼結金属を用いれば、走行 中、焼結金属中に含浸されたオイルが徐々に摺動部表面に滲出するため、常に摺 動部にオイルが供給された状態を維持できる。このため、長期に渡って安定した トルクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例のトルクリミッタを給紙用
摩擦ローラに用いた場合の断面図である。

【図２】この考案の実施例１、２及び従来例に用いた材
料と、各トルクリミッタの定常時の表面温度を比較した
図である。

【図３】各トルクリミッタの伝達トルクの経時変化を比
較した図である。

【図４】給紙装置の重送防止機構を示す図である。

【図５】給紙装置の重送防止機構を示す図である。

【符号の説明】

１ 摩擦ローラ ２ 給送ローラ ３ トルクリミッタ ４ 用紙 ６ 第１回転体 ８ 第２回転体 ９ シャフト １０ａ，１０ｂ 摺動部 １１ 永久磁石 １２ 半硬質磁性体 １３ 間隙

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状外周部を有する第１回転体と、こ
   の円筒状外周部に間隙をもって対向する円筒状内周部を
   有していて前記第１回転体と同軸上にかつ互いに摺動回
   転可能に設置された第２回転体とからなり、上記円筒状
   外周部と上記円筒状内周部の一方には円筒状永久磁石
   が、他方には円筒状半硬質磁性体がそれぞれ固着されて
   おり、永久磁石と半硬質磁性体との間に生じるヒステリ
   シストルクによって上記両回転体間でトルクの伝達を可
   能としたトルクリミッタにおいて、 上記永久磁石は希土類磁石であり、上記両回転体のうち
   のいずれか一方の回転体は非磁性金属材料からなり、他
   方の回転体は熱可塑性樹脂材料からなることを特徴とす
   るトルクリミッタ。
2. 【請求項２】 両回転体間の摺動部に潤滑油を添加した
   ことを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 【請求項３】 上記非磁性金属材料がオイルを含浸した
   焼結金属である請求項１または請求項２に記載のトルク
   リミッタ。