CN109312788A - 扭矩限制器和分离机构 - Google Patents

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CN109312788A CN201780028185.9A CN201780028185A CN109312788A CN 109312788 A CN109312788 A CN 109312788A CN 201780028185 A CN201780028185 A CN 201780028185A CN 109312788 A CN109312788 A CN 109312788A
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Abstract

本发明涉及一种扭矩限制器，其具备第一旋转体、第二旋转体、以及弹性体；其中，第一旋转体具有由永磁铁构成的圆筒状外周部；第二旋转体具有与圆筒状外周部相对的由磁滞材料构成的圆筒状内周部，第二旋转体与第一旋转体同轴且相互间可相对旋转地设置；弹性体被固定于第二旋转体的外周部，弹性体的动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上、动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下。

Description

扭矩限制器和分离机构
技术领域
本发明涉及一种扭矩限制器和分离机构。
背景技术
已知有一种扭矩限制器(专利文献1)，在由旋转构件和针对该旋转构件的旋转赋予规定扭矩的扭矩发生机构形成的扭矩限制器中，在旋转构件的外表面形成了具有所需要的摩擦系数的表面处理部。
已知有一种旋转传递装置(专利文献2)，其是通过滞后扭矩进行同轴上可相对旋转地设置的内侧旋转体和外侧旋转体之间的扭矩传递的旋转传递装置，内侧旋转体由半永磁材料构成，外侧旋转体包含滑动接触内侧旋转体的外周部的轴承部以及与内侧旋转体的外周部空开间隔地相对的圆筒状内周部，在外侧旋转体的圆筒状内周部，至少在其内周面固定有被多极充磁的圆筒状永磁铁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－190888号公报
专利文献2：日本特开2005－147296号公报
发明内容
(发明要解决的技术问题)
本发明的目的在于，提供一种一体化地具备能够抑制外径变化量增大的弹性体的扭矩限制器、以及使用该扭矩限制器而能够长期地抑制分离性能低下的分离机构。
(解决技术问题的手段)
为了解决所述技术问题，技术方案1所述的扭矩限制器具有以下特征，即，具备第一旋转体、第二旋转体、弹性体；其中，第一旋转体具有由永磁铁构成的圆筒状外周部；第二旋转体具有与所述圆筒状外周部相对的由磁滞材料构成的圆筒状内周部，所述第二旋转体与所述第一旋转体同轴且相互间可相对旋转地设置；弹性体被固定于所述第二旋转体的外周部，弹性体的动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上、动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下。
技术方案2所述的发明具有以下特征，即，在技术方案1所述的扭矩限制器中，所述磁滞材料具有圆周方向异向性。
为了解决所述技术问题，技术方案3所述的分离机构具有以下特征，即，具备对被输出的片材赋予进给力的供纸辊、和根据技术方案1或2所述的扭矩限制器，扭矩限制器分离压接于所述供纸辊并被输出的多张的片材中位于最上方的所述片材以外的片材。
技术方案4所述的发明具有以下特征，即，在技术方案3所述的分离机构中，供纸辊具备所述弹性体。
(发明效果)
根据技术方案1所述的发明，能够抑制一体地具备弹性体的扭矩限制器的外径变化量的増大并且同时抑制分离机构中的用纸的叠纸现象。
根据技术方案2所述的发明，能够使扭矩限制器的滞后扭矩増大并且使初期扭矩的偏差减小，从而使扭矩限制器小型化。
根据技术方案3所述的发明，能够使分离机构小型化并且延长其寿命。
根据技术方案4所述的发明，能够抑制供纸辊的磨损。
附图说明
图1是扭矩限制器的纵剖面示意图。
图2(a)是表示平板状的磁滞材料的磁场处理方法的示意图，图2(b)是表示磁场处理的方向的示意图，图2(c)是表示圆周方向异向性的磁滞材料的图。
图3(a)是包括了使用扭矩限制器的分离机构的送纸装置的剖面示意图，图3(b)是使具有多张的一摞纸分离时的分离机构的动作的剖面示意图，图3(c)是表示输送单张用纸时的分离机构的动作的剖面示意图。
图4是表示实施例1～4和比较例1中的E1(22℃)/tanδ(22℃)和阻尼辊的外径变化量之间的关系的图。
具体实施方式
以下参照附图，例举实施方式和具体示例更详细地说明本发明，但本发并不限定于下述的实施方式和具体示例。
另外，在使用下述的附图进行的说明中，附图是示意图，需要注意其各尺寸的比例与现实有所差异，为了容易理解，适当地省略对需要说明的构件以外部分的图示。
(1)扭矩限制器的结构
图1是表示本实施方式的扭矩限制器1的剖面示意图，图2(a)是表示平板状的磁滞材料的磁场处理方法的示意图，图2(b)是表示磁场处理的方向的示意图，图2(c)是表示圆周方向异向性的磁滞材料的图。
扭矩限制器1构成为包含第一旋转体10和第二旋转体20。第一旋转体10的一端侧可旋转地被支承于第二旋转体20的一端侧，第一旋转体10的另一端侧经由盖体40可旋转地被支承于第二旋转体20的另一端侧。
(1.1)第一旋转体
第一旋转体10由中空状的轴11和在轴11的外周面固定作为圆筒状外周部的一例的永磁铁12而构成。
作为轴11的一例，由合成树脂材料构成，合成树脂材料具体来说可以列举出聚甲醛(POM)，聚丙烯(PP)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)等。
永磁铁12优选多极充磁，具体来说，对铁氧体磁铁或稀土磁铁进行多极充磁(在本实施方式中为14极)。从扭矩限制器的小型化和高扭矩化的观点出发，优选使用稀土磁铁，作为稀土磁铁，可以列举出Nd-Fe-B磁铁、Sm-Fe-N磁铁、Sm-Co类磁铁。
通过对永磁铁进行多极充磁，能够抑制产生在第一旋转体10和第二旋转体20之间的滞后扭矩(Hysteresis Torque)的扭矩波动(Torque ripple)。
(1.2)第二旋转体
第二旋转体20由中空状的壳体21、磁滞材料22、橡胶层30构成，其中，所述磁滞材料22是作为固定于壳体21的内周面的与永磁铁12相对的部分的圆筒状内周部的一例，橡胶层30是作为固定于壳体21的外周面的弹性体的一例。
(1.2.1)磁滞材料
磁滞材料22是对从由Fe-Cr-Co、Fe-Mn、Al-Ni、Al-Ni-Co构成的组中选择的半永磁材料进行特定的磁场处理而形成。
具体来说，将热轧、冷轧后的半永磁材料切断使其成为平板状(矩形状)，如图2(a)所示，在将得到的平板状的半永磁材料220在磁场处理机300内层叠而排列的状态下，如图2(b)所示，使磁场取向方向朝向固定方向(参照附图中的箭头B)地进行磁场处理。然后，将平板状的半永磁材料220弯曲加工成圆筒状，在进行研磨加工后实施时效处理。
通过像这样的加工方法，能够得到如图2(c)所示的在圆周方向上异向化(圆周方向异向性)的圆筒状的磁滞材料22。
由于磁滞材料22具有在圆周方向上异向化的圆周方向异向性，因此，能够增大扭矩限制器1的滞后扭矩，进一步使扭矩限制器1小型化。
另外，通过对平板状的半永磁材料220进行磁场处理的方法，具有圆周方向异向性的磁滞材料22得到了有规律的异向性，当多个磁滞材料22同时被大量地制造时，能够进一步抑制每一批的扭矩限制器1的初期扭矩的偏差。
(1.2.2)橡胶层
橡胶层30由动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上、动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下的橡胶组合物构成。另外，动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)优选为30MPa以上。
动态模量E1(22℃)是通过动态粘弹性的温度分散测定得到的、测定温度为常温的22℃时的动态模量E1的值。
损耗角正切tanδ(22℃)是通过动态粘弹性的温度分散测定得到的、测定温度为常温22℃时的损耗角正切tanδ的值。
表示上述关系的算式如下所述。
[算式1]
E1/tanδ≥20MPa
1.0MPa≤E1≤10MPa
橡胶层30的橡胶组合物是动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上的情况下，能够抑制扭矩限制器1被用于分离机构时、由于扭矩限制器1的橡胶层30的磨损造成的外径变化量的増大。
动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下。在动态模量E1(22℃)小于1.0MPa的情况下，橡胶层30的耐磨损性降低而外径变化量变大。在动态模量E1(22℃)大于10MPa的情况下，当橡胶层30被用于分离机构时，其初期摩擦系数较低，当一张用纸P向辊隙部N输送时的扭矩限制器1的顺延性恶化，有可能产生橡胶层30的偏磨损或杂音(参照图3(c))。另外，橡胶层30和用纸P之间的摩擦系数比用纸之间的摩擦系数更低，当向辊隙部N输送两张以上的用纸P时有可能发生叠纸现象。(参照图3(b))。
损耗角正切tanδ(22℃)优选为0.01以上且0.1以下。当损耗角正切tanδ(22℃)小于0.01时，会得到橡胶组合物中的填充剂较少而且架桥密度较高的配比，因此存在其机械强度变小、橡胶层30损坏的可能性。
当损耗角正切tanδ(22℃)大于0.1时，在橡胶层30变形时产生的聚合物主链之间、聚合物主链与填充剂之间、填充剂之间的摩擦(损耗)增大，存在耐磨损性降低的可能性。
橡胶层30只要为橡胶材料即可，对其不做特别的限定，但具体来说，优选乙烯丙烯共聚物橡胶(EPDM)作为其主要成分。
此外，作为EPDM以外的橡胶材料，例如也可以包括天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、聚降冰片烯橡胶、丁二烯-丁腈橡胶、氯丁橡胶、卤化丁基橡胶、亚克力橡胶(Acrylic rubber)、以及环氧氯丙烷橡胶等中的至少一种。
另外，在作为橡胶材料使用EPDM的情况下，EPDM可以是非充油橡胶、充油橡胶的任意一种，也可以混合非充油橡胶和充油橡胶。但是，充油橡胶的EPDM中的拉伸油的重量作为软化剂的重量(油量)计算。
(2)分离机构的结构
图3(a)是表示包含使用了扭矩限制器的分离机构的送纸装置的剖面示意图，图3(b)是表示分离多张用纸时的分离机构的动作的剖面示意图，图3(c)是表示输送单张用纸时的分离机构的动作的剖面示意图。
送纸装置100构成为包括：承载了作为片材的用纸P的纸盒110；与用纸P的上面的前端侧抵接并从纸盒110送出用纸P的推进辊(nudger roller)120；以及将从推进辊120送入的用纸P一张一张地分离(单独地)并输送的分离机构50。
在推进辊120的用纸输送方向下游侧设置有分离机构50。分离机构50由作为供纸辊的一例的输纸辊2和具备橡胶层30的扭矩限制器1构成，其中，所述扭矩限制器1是在输纸辊2的下侧、与输纸辊2相对地压接配置的阻尼辊(Retard Roller)，在输纸辊2和扭矩限制器1之间形成有夹持从纸盒110送出的用纸P的辊隙部N。
输纸辊2在被传递驱动力的旋转轴穿过的中空状的芯材2a的外周面固定有橡胶层2b。
橡胶层2b优选由与扭矩限制器1的橡胶层30相同的橡胶组合物构成。具体来说，橡胶层2b由动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上、动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下的橡胶组合物构成。
输纸辊2是驱动辊，其通过未图示的驱动源、以与用纸输送方向正交的方向作为轴方向围绕该轴旋转驱动，输纸辊2与从纸盒110送出并输送至辊隙部N的用纸P的上面(表面)抵接，通过旋转驱动，将用纸P向下游输送(参照图中的箭头R)。
扭矩限制器1是阻尼辊，其通过未图示的驱动源，以与用纸输送方向正交的方向作为轴方向围绕所述轴而与输纸辊2压接并且进行逆向旋转，当多张用纸P重叠地被输送至辊隙部N时，从下面侧(背面侧)向该用纸P施加输送阻力，抑制输纸辊2所输送的用纸P的叠纸现象(参照图3(b))。
在被输送至辊隙部N的用纸P为一张的情况下，用纸P抵接于输纸辊2的表面，通过与该用纸P之间的摩擦，当向扭矩限制器1施加旋转力时，扭矩限制器1做从动旋转并将用纸P向下游输送。(参照图3(c))。
此外，扭矩限制器1也可以是未被施加逆向旋转的驱动力、围绕轴旋转的从动辊。
如上所述，在分离机构50中，扭矩限制器1作为制动器起作用，由此，当多张用纸P重叠地被输送至辊隙部N时，从下面侧(背面侧)向所述用纸P施加输送阻力，抑制输纸辊2输送用纸P的叠纸现象。
在所述分离机构50中，通过基于滞后损耗的滞后扭矩进行扭矩传递的扭矩限制器1与弹簧式的扭矩限制器相比，其耐久性高，当被固定在壳体21的外周面的橡胶层30的耐久性较低时，即使维持传递扭矩，也存在分离性能降低从而分离机构50的寿命变短的可能性。
在将本实施方式的扭矩限制器1作为阻尼辊使用的分离机构50中，与输纸辊2压接并协动地进行多张用纸P的分离的扭矩限制器1具备橡胶层30，该橡胶层30由动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上、动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下的橡胶组合物构成。
因此，能够抑制由于扭矩限制器1的橡胶层30的磨损而造成的外径变化量的増大并延长扭矩限制器1的交换寿命。
实施方式
(扭矩限制器的制作)
第一旋转体10通过向中空状的轴11插入外径14.37mm、内径11.47mm、充磁极数14极、充磁间隔3.22mm的永磁铁12而固定。
第二旋转体20通过向壳体21插入外径15.60mm、内径14.80mm的圆周方向异向性磁滞材料而固定。另外，还制作了使用外径15.60mm、内径14.80mm的直径方向异向性磁滞材料的比较例的扭矩限制器。
此外，本实施例和比较例中的扭矩限制器除了磁滞材料的磁场的取向方向以外，其各构成构件的材料和尺寸等完全相同。
(扭矩限制器的最大扭矩评估)
表1表示分别制作15个实施例和比较例的扭矩限制器并测定最大扭矩的结果。
(表1)
比较例的扭矩限制器的最大扭矩为最大值314gfcm、最小値278gfcm，偏差为36gfcm。另一方面，实施例的扭矩限制器的最大扭矩为最大值326gfcm、最小值312gfcm，偏差为14gfcm。
根据上述结果，使用了圆周方向异向性磁滞材料的实施例的扭矩限制器与使用了直径方向异向性磁滞材料的比较例的扭矩限制器相比，得知其最大扭矩较大且其偏差也较小。因此，使用了圆周方向异向性磁滞材料的实施例的扭矩限制器的滞后扭矩増大，能够进一步使扭矩限制器小型化，适合构成在其外面配置橡胶层30并内置有扭矩限制器的阻尼辊的情况。
(橡胶组合物的制作)
本实施方式的扭矩限制器1的橡胶层30的橡胶组合物通过下述方法制作，即，使用混炼机混炼由规定量的聚合物成分、架桥剂、根据需要的规定量的软化剂、填充剂、另外还有由硫化促进剂、硫化促进助剂、防老化剂等的添加剂构成的混合物，得到未硫化的橡胶组合物，将该橡胶组合物在规定的模具中以160℃、30分钟的条件进行硫化成形，进而在160℃、60分钟的条件下进行二次硫化。
然后，通过圆筒研磨机将成形后的橡胶管研磨至期望的外径并剪切至期望的长度后，如图1所示，作为橡胶层30插入壳体21的外周面，制作具备橡胶层30的实施例和比较例的扭矩限制器。
(粘弹性特征的测定)
使用混炼机通过将由规定量的聚合物成分、架桥剂、根据需要的规定量的软化剂、填充剂、另外还有由硫化促进剂、硫化促进助剂、以及防老化剂等的添加剂形成的混合物混炼，使用模具，在160℃、30分钟的条件下硫化成形，进一步在160℃、60分钟的条件下进行了二次硫化。由此，得到了薄片状的橡胶架桥物。从该薄片冲裁出宽度5mm×长度20mm×厚度2mm的长条形状的样本作为用于测定粘弹性特征的橡胶组合物。
以JISK6394(硫化橡胶和热塑性橡胶动态性能试验方法/小型试验装置)为基准，使用动态粘弹性测定装置(UBM公司制造，Rheogel E4000FHP)，在下述测定条件下对冲裁出的样本的粘弹性特征(温度分散)进行测定。
测定温度：-84℃～120℃
测定温度的升温速度：2℃/min
测定温度间隔：1℃
测定频率：10Hz
初期变形：1.3mm
振幅：2μm
变形模式：拉伸
卡盘间距离：10mm
波形：正弦波。
从制作的各样本的测定结果，读取动态模量E1(22℃)的值和损耗角正切tanδ(22℃)的值。
(过纸试验)
将具备了实施例以及比较例的橡胶层30的扭矩限制器安装于DocuPrint4050(富士施乐有限公司生产)，将用纸“Business4200(施乐公司生产)”在温度10℃、湿度15％RH环境下过纸50000张。测定分别在开始过纸试验后、过纸5000张、10000张、20000张、30000张、40000张、50000张时，在温度10℃、湿度15％RH环境下测定了外径变化量(mm)。
这里，“外径变化量”是指，从过纸了规定张数的用纸后的扭矩限制器1(阻尼辊)的橡胶层30的外径减去初期的扭矩限制器1(阻尼辊)的橡胶层30的外径后的值。外径变化量的绝对值越小，橡胶层30越难以磨损，表示其耐磨损性优越。
(粘弹性特征和过纸性能的评估)
表2表示实施例1～4和比较例1所述的橡胶组合物的机械物理特征、粘弹性特征、以及使用了所述橡胶组合物的分离结构50的过纸评估。图4表示实施例1～4和比较例1中的动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)与扭矩限制器1(阻尼辊)的橡胶层30的外径变化量之间的关系。表3表示比较例1～3中的粘弹性特征和外径变化量之间的关系。
(表2)
(表3)
表4表示实施例1～4和比较例1～3的橡胶组合物的混合比例。在这些实施例和比较例中使用的橡胶组合物是以乙烯丙烯共聚物橡胶(EPDM)为主要成分的橡胶组合物。在表4中，“聚合物成分”表示橡胶组合物中所占的聚合物成分。“油成分”表示橡胶组合物中所占的油成分，包含聚合物成分中的拉伸油以及作为软化剂使用的油。“其他成分”表示橡胶组合物中所占的聚合物成分以及油成分以外的成分，包含架桥剂(硫化剂)、硫化促进剂、加工助剂、硫化促进助剂、填充剂、增强填充剂等。
(表4)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 比较例1 比较例2 比较例3
聚合物成分的比例 44.3％ 47.7％ 50.1％ 50.1％ 35.7％ 32.9％ 42.5％
油成分的比例 44.3％ 40.6％ 37.6％ 37.6％ 44.6％ 51.4％ 4.2％
其他成分的比例 11.4％ 11.7％ 12.3％ 12.3％ 19.7％ 15.7％ 53.3％
从表2和图4所示的结果可以得知，在粘弹性特征的测定中，只要动态模量E1(22℃)和损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上，作为阻尼辊的橡胶层30的外径变化量将受到抑制，分离机构50的寿命较长。
动态模量E1(22℃)与分离机构50的输纸辊2、扭矩限制器1的橡胶层30的变形量有关，在动态模量E1(22℃)较高的情况下，抑制输纸辊2、扭矩限制器1的橡胶层30的变形量，与用纸P相对的打滑减少从而能够提高耐磨损性。
另一方面，通过降低损耗角正切tanδ(22℃)，例如使损耗角正切tanδ(22℃)为小于0.1，能够减小橡胶层30变形时发生的聚合物主链之间、聚合物主链与填充剂之间、填充剂之间的摩擦(损耗)。
其结果，推测出通过形成使动态模量E1(22℃)与损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)较大的橡胶组合物，能够提高作为阻尼辊的耐磨损性。
在比较例1中，其结果，动态模量E1(22℃)与损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为17.6，也就是较小的小于20，输纸辊的外径变化量为-0.1134mm，阻尼辊的外径变化量为磨损量较多的-0.2080。
如表3所示，即使在动态模量E1(22℃)与损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为超过20MPa的情况下，与实施例相比，比较例2也存在其阻尼辊的外径变化量的绝对值较大的情况。
在比较例2中，动态模量E1(22℃)为较低的0.81MPa。其结果，能够推测出扭矩限制器1的橡胶层30的变形量较大从而耐磨损性较差的结果。
另外，比较例3从过纸初期阶段发生叠纸现象，无法作为阻尼辊使用。其结果，如表3所示，比较例3的动态模量E1(22℃)为较大的26.62MPa，因此，能够推测出用纸P与阻尼辊之间的辊隙较小，通过过纸，阻尼辊与用纸P之间的摩擦系数将低于用纸之间的摩擦系数，从而发生叠纸现象。
其结果，当动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下时，能够得到不会由于过纸而发生叠纸现象并且抑制外径变化量的橡胶组合物。
以上，对本发明的实施方式进行了详细的说明，但本发明并不局限于上述的实施方式。在权利要求书中记载的本发明的主旨范围内能够进行各种改变。例如，作为构成橡胶层30的橡胶组合物，不限于EPDM等，只要动态模量E1(22℃)与损耗角正切tanδ(22℃)的比E1(22℃)/tanδ(22℃)为20MPa以上，也可以是动态模量E1(22℃)为1.0MPa以上且10MPa以下的聚氨酯橡胶。
附图标记说明：
1、扭矩限制器，10、第一旋转体，11、轴，12、永磁铁，20、第二旋转体，21、壳体，22、磁滞材料，30、橡胶层，40、盖体，50、分离机构，1、阻尼辊(扭矩限制器)，2、输纸辊，100、送纸装置，110、纸盒，120、推进辊。

Claims (4)

1.一种扭矩限制器，其具备：
第一旋转体，其具有由永磁铁构成的圆筒状外周部；
第二旋转体，其具有与所述圆筒状外周部相对的由磁滞材料构成的圆筒状内周部，所述第二旋转体与所述第一旋转体同轴且相互间可相对旋转；以及
弹性体，其被固定于所述第二旋转体的外周部；
当所述弹性体在22℃的温度下的动态模量为E1、损耗角正切为tanδ时，所述弹性体满足下述关系式，即，
E1/tanδ≥20MPa
1.0MPa≤E1≤10MPa。
2.根据权利要求1所述的扭矩限制器，其中，
所述磁滞材料具有圆周方向异向性。
3.一种分离机构，其特征在于，具备：
供纸辊，其对被输出的片材赋予进给力，以及
根据权利要求1或2所述的扭矩限制器，其分离压接于所述供纸辊并被输出的多张的片材中位于最上方的所述片材以外的所述片材。
4.根据权利要求3所述的分离机构，其特征在于，
所述供纸辊具备所述弹性体。
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