JP2003269485A

JP2003269485A - トルクリミッタ

Info

Publication number: JP2003269485A
Application number: JP2002071800A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Sakamoto; 信和坂本
Original assignee: Yamauchi Corp
Current assignee: Yamauchi Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転の使用環境化においても優れた耐久
性を発揮できるトルクリミッタを提供する。【解決手段】トルクリミッタ１は、永久磁石４を固着
した第１回転体２と、半硬質磁性体５を固着した第２回
転体３とを備える。第１回転体２は金属材料からなり、
その摺動部に、主鎖にイミド結合を有する合成樹脂のバ
インダ中に二硫化モリブデンを含む固体潤滑剤を分散さ
せた塗膜６を有する。第２回転体３は、合成樹脂材料か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、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し、特に耐久性に優
れたトルクリミッタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒステリシストルクを利用したトルクリ
ミッタは、複写機、プリンター、ファクシミリ等の給紙
装置などに用いられている。

【０００３】例えば、図１および図２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３２
は給送ローラ３３に所定圧で押しつけられている。この
摩擦ローラ３２には、トルクリミッタ３４を介して用紙
３５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３３と摩擦ローラ３２との間
に２枚以上の用紙３５が案内されたときには、２枚目以
降の用紙３５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１）。

【０００４】しかし、給送ローラ３３と摩擦ローラ３２
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３２は給送ローラ３３と一緒に用
紙を送り出す方向にツレ回りする（図２）。従って、用
紙３５を一枚ずつ確実に送り出すためには、トルクリミ
ッタ３４によって摩擦ローラ３２に与えられている逆方
向の回転トルク（Ｔ）は、用紙３５同士の摩擦力よりは
大きいが、給送ローラ３３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３４
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。

【０００５】従来、給紙装置用のヒステリシストルクを
利用したトルクリミッタとしては、図３に示すようなも
のが用いられていた。すなわち、合成樹脂製の、同軸上
で相対的に摺動回転可能な２つの回転体３６、３７から
なり、一方の回転体３６には円筒状の永久磁石３８が固
着され、他方の回転体３７には永久磁石３８と間隙をも
って対向する円筒状の半硬質磁性体３９が固着され、永
久磁石３８と半硬質磁性体３９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
トルクリミッタ３４である。

【０００６】このタイプのトルクリミッタ３４は、２つ
の回転体３６および３７が、摺動部４０、４１において
のみ接触し、トルクを発生させる永久磁石３８と半硬質
磁性体３９とは非接触である。このため、永久磁石３８
および半硬質磁性体３９に摩耗がなく、長期に渡って安
定したトルクの伝達が可能であるとされている。

【０００７】上記従来のトルクリミッタ３４では、円筒
状の永久磁石３８を固着した方の回転体３６として、ポ
リアセタール樹脂やポリアミド樹脂等の合成樹脂製の回
転体３６を用い、その外周に円筒状の永久磁石３８を接
着していた。これは、これらの合成樹脂が、摺動部４
０、４１の摺動性に優れているためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、合成樹脂製
の回転体３６は熱伝導率が劣っているため、高トルク、
高速回転といった厳しい条件下での使用状態では摺動部
分の発熱により高温になる。合成樹脂の融点は比較的低
いので、高トルク、高速回転の使用環境下では、合成樹
脂の回転体同士を摺動させるのは好ましくない。より具
体的に説明する。

【０００９】永久磁石３８を固着した一方の回転体３６
と、半硬質磁性体３９を固着した他方の回転体３７とが
摺動し合う部分４０、４１での滑り抵抗は、摩擦トルク
となって発熱や磨耗を誘発するので、トルク性能および
耐久寿命に著しく影響を及ぼす。

【００１０】ポリアセタール樹脂やポリアミド樹脂等の
合成樹脂からなる回転体３６は、金属に比べて熱伝導率
が劣り（金属の約１／３０）、融点も低い。そのため、
高速・高トルク下でトルクリミッタが昇温したとき、回
転体内部の昇温熱と滑り面で発生する摩擦熱とが回転体
表面に蓄積され、摺動部４０、４１における表面エネル
ギを増加させる。その結果、摩擦、磨耗、クリープ変形
を伴い、トルクリミッタのトルク性能と耐久寿命を損な
う。

【００１１】特開平６−２２１３４１号公報には、永久
磁石を固着する回転体を、熱伝導率および寸法安定性に
優れた金属材料で形成することが提案されている。この
ように回転体を金属材料で形成することによって一定の
効果を得ることができるが、耐久性の点で満足した成果
は得られない。トルクリミッタを給紙装置に使用してい
る状態では、永久磁石を固着している一方の回転体と半
硬質磁性体を固着している他方の回転体とは、相対的に
休止状態と回転状態とを頻繁に繰り返していることが認
められる。このように休止と回転とを頻繁に繰り返すよ
うな使用条件では、回転体を金属材料で形成したトルク
リミッタではトルク値が不安定になる。

【００１２】登録第３０３８９２８号実用新案公報に開
示されたトルクリミッタでは、永久磁石を固着した回転
体を金属材料で構成し、この回転体の摺動部分にフッ素
樹脂塗膜を形成している。この塗膜は、フッ素樹脂を、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のバインダ中に分散さ
せたものである。本願発明者が実験したところによる
と、フッ素樹脂塗膜を形成した回転体を用いても、耐久
性の点で改善すべき余地があることが認められた。フッ
素樹脂自体は、良好な耐摩耗性および摺動性を有してい
るが、フッ素樹脂を分散させるためのバインダとしての
エポキシ樹脂やフェノール樹脂は、摺動性に劣ってい
る。この点での改良が必要である。

【００１３】この発明の目的は、高速回転での使用環境
下においても優れた耐久性を発揮することのできるトル
クリミッタを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、中心孔にシ
ャフトが挿入される第１回転体と、この第１回転体と同
軸上で相対的に摺動回転可能な第２回転体と、一方の回
転体に固着した円筒状の永久磁石と、他方の回転体に固
着した円筒状の半硬質磁性体とからなり、永久磁石の外
周面または内周面と半硬質磁性体の内周面または外周面
とが間隙をもって対向し、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って第１回転体と第
２回転体との間でトルクを伝達するトルクリミッタを前
提とする。

【００１５】上記のようなトルクリミッタにおいて、こ
の発明は、永久磁石を固着した方の回転体の少なくとも
永久磁石固着部を金属材料で構成し、かつ少なくとも摺
動部に、主鎖にイミド結合を有する合成樹脂のバインダ
中に二硫化モリブデンを含む固体潤滑剤を分散させた塗
膜を有し、半硬質磁性体を固着した方の回転体の少なく
とも摺動部を合成樹脂材料で構成したことを特徴とす
る。

【００１６】主鎖にイミド結合を有する合成樹脂バイン
ダは、自己潤滑性、すなわち摺動性に優れている。二硫
化モリブデンを含む固体潤滑剤を自己潤滑性に優れたバ
インダ中で分散させることにより、優れた摺動性を発揮
する塗膜が得られる。

【００１７】上記の特徴的な構成を有するトルクリミッ
タは、従来のトルクリミッタに比べて優れた耐久性を有
することが認められた。特に、５００ｒｐｍ以上の高速
回転で使用されるトルクリミッタのトルク性能および耐
久寿命が著しく改善することが認められた。

【００１８】主鎖にイミド結合を有する合成樹脂として
は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエス
テルイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂を挙げ
ることができる。この中でも、特に、ポリイミド樹脂ま
たはポリアミドイミド樹脂が好ましい。

【００１９】固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン単
独のもの、二硫化モリブデンとフッ素樹脂とを混合した
もの、二硫化モリブデンとグラファイトとを混合したも
の、二硫化モリブデンとフッ素樹脂とグラファイトとを
混合したものを挙げることができる。

【００２０】一つの実施形態として、塗膜が形成される
摺動部に、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの深さを有する凹部
を複数個設けるようにしても良い。第１回転体と第２回
転体との間の摺動部に、摺動特性向上および磨耗防止の
ために、潤滑油を添加することがある。その場合、凹部
は潤滑油を保持する機能を発揮するので、より一層の効
果が期待できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図４は、この発明の一実施形態を
示している。図示するトルクリミッタ１は、シャフトが
挿入される中心孔を有する第１回転体２と、この第１回
転体２と同軸上で相対的に摺動回転可能な第２回転体３
と、第１回転体２の外周面上に固着された円筒状の永久
磁石４と、第２回転体３の内周面上に固着された円筒状
の半硬質磁性体５と、第１回転体２の外周面のうち、第
２回転体３と摺動し合う部分に形成された塗膜６とを備
える。永久磁石４と半硬質磁性体５とが間隙をもって対
向し、永久磁石４と半硬質磁性体５との間に生じるヒス
テリシストルクによって第１回転体２と第２回転体３と
の間でトルクを伝達する。

【００２２】第１回転体２は、少なくとも永久磁石固着
部が金属材料で構成されている。金属としては、たとえ
ば、熱伝導率の良いステンレス、アルミニウム、アルミ
ニウム合金、鉄等を挙げることができる。図示した実施
形態では、図５に示すように、ステンレスのシート材を
打ち抜き加工した後、マルチフォーミング型でパイプ状
に加工して合わせ目７でシート材の両端面を突き合わ
す。

【００２３】次に、合わせ目７をスポット溶接した後、
外周面、特に摺動面にカエリやバリが存在しないよう
に、バレル研磨とセンタレス研磨とを施す。研磨後の摺
動面の面粗さは、好ましくは、８〜２５μｍ（Ｒ_y ）に
なるようにする。なお、図示した実施形態以外に、引抜
き加工したシームレスパイプを用いていも良い。次に、
有機溶剤またはアルカリ溶液で脱脂し、さらに防錆およ
び塗膜の密着性を付与するためにリン酸塩、無水クロー
ム酸、ジルコンフッ化カリウム等で下処理を行なった後
に、永久磁石固着部をテープ等でマスキングして、摺動
面にスプレー方式、ディップ方式またはバレル方式で厚
さ７〜８μｍの塗膜６を形成する。その後、塗膜の密着
性と密度を上げるために加熱して焼成する。

【００２４】第２回転体３は、少なくとも摺動部が合成
樹脂材料からなる。合成樹脂としては、例えば、ポリア
セタール樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等を挙げること
ができる。第２回転体の摺動性を向上させるために、こ
れらの樹脂に、チタン酸カリウムウイスカ、オイル、グ
ラファイト、フッ素樹脂パウダ、フッ素樹脂短繊維等の
充填剤を混入しても良い。

【００２５】永久磁石４としては、フェライト磁石や希
土類磁石が用いられるが、トルクリミッタの小型化、高
トルク化の点からは希土類磁石を用いるのが望ましい。
希土類磁石としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｆ
ｅ−Ｎ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石等を挙げることができ
る。

【００２６】半硬質磁性体５としては、高い残留磁束密
度およびある程度の保磁力をもち、ヒステリシスが角形
である金属材料が用いられるが、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆ
ｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｍｎ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ
系合金等を用いるのが好ましい。

【００２７】図４に示した実施形態では、第１回転体２
に永久磁石４を固着し、第２回転体３に半硬質磁性体５
を固着していたが、他の実施形態として、第１回転体２
の外周面に半硬質磁性体を固着し、第２回転体３の内周
面に永久磁石を固着するようにしても良い。

【００２８】塗膜６は、主鎖にイミド結合を有する合成
樹脂製のバインダ中に二硫化モリブデンを含む固体潤滑
剤を分散させたものである。前述したように、第１回転
体２の下処理を実施した後に、バインダと、溶剤と、固
体潤滑剤との混合液をスプレー方式、ディップ方式また
はバレル方式で第１回転体２の摺動面上に塗布し、加熱
処理して塗膜６を形成する。

【００２９】イミド結合を有する合成樹脂バインダとし
て、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエス
テルイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂等を挙
げることができるが、その中でも、特にポリイミド樹脂
およびポリアミドイミド樹脂が好ましい。これらの樹脂
は、自己潤滑性、すなわち摺動性が良好であり、かつ温
度特性、機械的強度にも優れている。

【００３０】溶剤として、ジメチルホルムアルデヒド
（ＤＭＦ）、またはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭ
Ｐ）とキシレンとの混合液等を挙げることができる。

【００３１】固体潤滑剤として、二硫化モリブデン単独
のもの、二硫化モリブデンとフッ素樹脂とを混合したも
の、二硫化モリブデンとグラファイトを混合したもの、
二硫化モリブデンとフッ素樹脂とグラファイトとを混合
したものを挙げることができる。

【００３２】二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）は、雲母の
ように何枚にも薄くはがれ、紙よりもしなやかで柔らか
く、指で軽く触っても黒くついてくる。ＭｏＳ₂の分子
は非常に小さく約０．６ｎｍである。したがって、１μ
ｍの微粒子が１６６０枚以上にへき開する可能性をもっ
ており、そのときの摩擦係数は０．０４と低い値を示
す。しかも、熱にも安定した鉱物である。

【００３３】良好な自己潤滑性を有するバインダ中に、
二硫化モリブデンを含む固体潤滑剤を分散させた塗膜を
形成することにより、バインダと固体潤滑剤との相乗効
果で高速高トルク下での滑り抵抗を低下させることがで
きる。

【００３４】図６は、第１回転体２の他の例を示してい
る。図示する第１回転体２は、塗膜６が形成される摺動
部に、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの深さを有する凹部８を
複数個有している。凹部８の平面形状は例えば０．５ｍ
ｍ四方の角形であり、好ましくは、円周上に分散して１
０〜１４個設けられる。凹部８の形状は、直方体状、半
球状、三角錐状等にすることが好ましい。第１回転体２
と第２回転体３との間の摺動部には、摺動特性向上と磨
耗防止のために、必要に応じて液状オイルを潤滑油とし
て添加することができる。その場合、凹部８は潤滑油を
保持する機能を発揮するので、一層の効果が期待され
る。実際、凹部８を有する回転体を用いた実験では、き
しみ音の発生がなくなった。

【００３５】図７は、この発明の他の実施形態を示して
いる。図示するトルクリミッタ１１は、永久磁石１４が
固着された第１回転体１２と、半硬質磁性体１５が固着
された第２回転体１３とを備える。第１回転体１２は、
半径方向外方に突出した肩部１２ｂと、この肩部１２ｂ
の先端に位置する大径リング部１２ａとを有する。永久
磁石１４は、大径リング部１２ａの外周面上に固着され
ている。第１回転体１２と第２回転体１３とは、それら
が互いに対面する外周面と内周面とで摺動し合うことに
加えて、第１回転体１２の肩部１２ｂと第２回転体１３
との間でも摺動し合う。したがって、第１回転体１２の
これらの摺動部分に対応する箇所に塗膜１６および１７
を形成している。塗膜の構成としては、前述した先の実
施形態と同じであるので、繰り返しの説明を避ける。

【００３６】

【実験例】（実験１）下記の３種類の試作品を作り、実
機による耐久試験を行なって、耐久時間とトルク値の変
化とを比較した。

【００３７】試作品１（無塗装）永久磁石を固着した第１回転体として、ステンレスシー
ト材をパイプ上に成形したものを用い、摺動面はステン
レス表面が露出したままの状態とした。半硬質磁性体を
固着した第２回転体として、ポリアセタール樹脂にチタ
ン酸カリウムウイスカを充填した材料を用いた。試作品
１は、比較例となるものである。

【００３８】試作品２（エポキシ樹脂／ＰＴＦＥ塗装）試作品１との相違は、ステンレス製の第１回転体の摺動
面上に、塗膜を形成した点である。塗膜は、バインダと
してのエポキシ樹脂中にフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を分散
させたものである。試作品２は、比較例となるものであ
る。

【００３９】試作品３（ポリアミドイミド／ＭｏＳ₂塗
装）試作品１との相違は、ステンレス製の第１回転体の摺動
面上に、塗膜を形成した点である。塗膜の構成は、試作
品２とは異なる。試作品３の塗膜は、ポリアミドイミド
樹脂中に二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を分散させたも
のである。試作品３は、本発明例となるものである。

【００４０】実機による耐久試験の条件は、「５３６ｒ
ｐｍの回転数で０．１秒間運転」と「１０４０ｒｐｍの
回転数で０．５秒間運転」とを交互に繰り返して行なっ
た。その結果を以下の表１および図８に示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１および図８から明らかなように、試作
品１および試作品２では運転時間とともにトルク値が増
加しているのに対し、試作品３では運転時間が相当長く
なってもトルク値の増加がないことが認められた。すな
わち、試作品３は、試作品１および試作品２に比べて、
優れた耐久性を有することが認められた。

【００４３】（実験２）実験１で用いたのと同じ試作品
１、試作品２および試作品３を使用して、実機による試
験を行なって耐久時間とトルクリップル値（トルク値の
変動）との関係を調べた。その結果を、以下の表２およ
び図９に示した。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２および図９から明らかなように、試作
品１および試作品２では運転時間の増大とともにトルク
リップル値も急激に増加したが、試作品３では運転時間
がかなり長くなってもトルクリップル値はほとんど変化
していないことが認められた。

【００４６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、従来の
トルクリミッタに比べて、高速回転での使用環境化にお
いて優れた耐久性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】給紙装置の重送防止機構を示す図である。

【図２】重送防止機構において、２つのローラがツレ
回りしている様子を示す図である。

【図３】従来のトルクリミッタを示す断面図である。

【図４】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図５】第１回転体の斜視図である。

【図６】第１回転体の他の例を示す斜視図である。

【図７】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図８】実験１の結果を示す図である。

【図９】実験２の結果を示す図である。

【符号の説明】

１トルクリミッタ、２第１回転体、３第２回転
体、４永久磁石、５半硬質磁性体、６塗膜、８凹
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｍ 131/02 Ｃ１０Ｍ 131/02 131/08 131/08 169/04 169/04 Ｈ０２Ｋ 49/02 Ｈ０２Ｋ 49/02 Ａ 49/10 49/10 Ａ // Ｃ１０Ｎ 10:12 Ｃ１０Ｎ 10:12 40:02 40:02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心孔にシャフトが挿入される第１回転
体と、前記第１回転体と同軸上で相対的に摺動回転可能
な第２回転体と、前記第１回転体および前記第２回転体
のうちの一方に固着した円筒状の永久磁石と、他方に固
着した円筒状の半硬質磁性体とからなり、前記永久磁石
の外周面または内周面と前記半硬質磁性体の内周面また
は外周面とが間隙をもって対向し、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って前記第
１回転体と前記第２回転体との間でトルクを伝達するト
ルクリミッタにおいて、前記第１回転体および前記第２回転体のうちの、永久磁
石を固着した方の回転体は、少なくとも永久磁石固着部
が金属材料からなり、かつ少なくとも摺動部に、主鎖に
イミド結合を有する合成樹脂のバインダ中に二硫化モリ
ブデンを含む固体潤滑剤を分散させた塗膜を有し、半硬質磁性体を固着した方の回転体は、少なくとも摺動
部が合成樹脂材料からなることを特徴とする、トルクリ
ミッタ。
【請求項２】前記バインダは、ポリイミド樹脂または
ポリアミドイミド樹脂である、請求項１に記載のトルク
リミッタ。
【請求項３】前記バインダは、ポリエステルイミド樹
脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂である、請求項
１に記載のトルクリミッタ。
【請求項４】前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンの
みを有する、請求項１〜３のいずれかに記載のトルクリ
ミッタ。
【請求項５】前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンに
加えて、フッ素樹脂およびグラファイトのうちの一方ま
たは両者を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のトル
クリミッタ。
【請求項６】前記塗膜が形成される摺動部には、０．
１ｍｍ〜０．５ｍｍの深さを有する凹部が複数個設けら
れている、請求項１〜５のいずれかに記載のトルクリミ
ッタ。