JP2005282794A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】 作業性が良く、信頼性の高いトルクリミッタを提供すること。

【解決手段】 円筒状磁性部材と、その円筒状磁性部材内に微小間隙を持って配置される円筒状永久磁石と、その円筒状永久磁石内に固定される内輪部材とからなるトルクリミッタにおいて、前記円筒状永久磁石は、その内面を幅方向に延びる突起部又は溝部を有し、前記内輪部材は、その外面を幅方向に延びる溝部又は突起部を有し、前記突起部と前記溝部とに加圧力がかけられるように、前記内輪部材が前記円筒状永久磁石に圧入されていることを特徴とするトルクリミッタ。
【選択図】 図１

Description

この発明は、円筒状の永久磁石を回転部材の外面又は回転筒状部材の内面に固定してなる磁石式のトルクリミッタの改良に関する。

トルクリミッタは一般に、ＯＡ機器などのプリンタ、複写機の紙送り、搬送、排出部分の機構などに用いられている。トルクリミッタの多くは、低価格という面から機械的な摩擦によって生じる接触式のものであるが、しかし、価格は高いものの、寿命が半永久的で、メンテナンスフリーであるなどの利点を有する非接触の磁石式トルクリミッタも特定の機器に以前から使用されている。

磁石式のトルクリミッタについては、今までに種々の出願が行われ、改良がなされている。かかるトルクリミッタでは、永久磁石として円筒状のマグネットが用いられているが、小型化やコストなどの面から円筒状のマグネットの厚みが制限されており、したがって、円筒状のマグネットはある程度の機械的衝撃又は外力を受けると、割れてしまうと言う問題がある。このために、円筒状の永久磁石をその内側の回転部材の外面、又は外側に位置する回転筒状体の内面に固定するのに接着剤を用いることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。その他にも接着剤を用いれば良いことが開示されている（例えば、特許文献２〜特許文献４参照）。接着剤を使用すれば、円筒状の永久磁石と回転軸の外面又は回転筒状体との間に機械的なストレスを与えることなく接着することが可能である。
特開平１０−３０６８３２号公報 特開２００１−１７８１０９公報 特開２００１−２１８４４８公報 特開２００３−２６９４８５公報

しかし、接着剤を使用する場合には、円筒状の永久磁石の内側に位置する回転軸の外面、又は回転筒状体の内側に位置する円筒状の永久磁石の外面に接着剤を塗布し、円筒状の永久磁石に回転軸を挿入又は回転筒状体に永久磁石を挿入する作業を行わなければならず、接着剤の液漏れがないように作業しなければならないので、非常に作業性が悪い。このようにしても、塗布した接着剤の量によって液漏れすることがあり、また、接着剤が劣化して接着力が低下するという問題もある。

本発明は、上述のような従来の課題を解決することを目的とし、円筒状の永久磁石をその内側の回転軸の外面、又は外側に位置する回転筒状体の内面に固定するのに、接着剤などを用いずに圧入を利用するものであり、更には圧入時に割れたり、ひびが入らないような構造を提供するところに特徴がある。

第１の発明は、前記課題を解決するため、円筒状磁性部材と、この円筒状磁性部材内に微小間隙を持って配置される円筒状永久磁石と、その円筒状永久磁石内に固定される内輪部材とからなるトルクリミッタにおいて、前記円筒状永久磁石は、その内面を幅方向に延びる突起部又は溝部を有し、前記内輪部材は、その外面を幅方向に延びる溝部又は突起部を有し、前記突起部と前記溝部とに加圧力がかけられるように、前記内輪部材が前記円筒状永久磁石に圧入されていることを特徴とするトルクリミッタを提供する。

第２の発明は、円筒状内面を有するハウジング部材と、そのハウジング部材の前記円筒状内面に固定される円筒状永久磁石と、この円筒状永久磁石の内側に微小間隙を持って配置される円筒状磁性部材と、その円筒状磁性部材内に固定される内輪部材とからなるトルクリミッタにおいて、前記円筒状永久磁石は、その外面を幅方向に延びる突起部又は溝部を有し、前記ハウジング部材は、その円筒状内面を幅方向に延びる溝部又は突起部を有し、前記突起部と前記溝部とに加圧力がかけられるように、前記内輪部材が前記円筒状永久磁石に圧入、又は前記円筒状永久磁石が前記ハウジング部材に圧入されていることを特徴とするトルクリミッタを提供する。

第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記突起部と前記溝部とにかけられる加圧力は、このトルクリミッタの放射方向に比べて回転方向に大きいことを特徴とするトルクリミッタを提供する。

第４の発明は、前記第１の発明１ないし前記第３の発明のいずれかの発明において、前記円筒状永久磁石は、必要なトルクに合わせて１個以上並べて配置してなることを特徴とするトルクリミッタを提供する。

前記第１の発明及び前記第２の発明によれば、圧入によって円筒状永久磁石を固定しているので、作業性が良く、信頼性の高いトルクリミッタを提供することができる。

前記第３の発明によれば、前記突起部と前記溝部とにかけられる加圧力が、放射方向に比べて回転方向に大きくなる構造にしているので、円筒状永久磁石が割れたり、破損する危険性を小さくできる。

前記第４の発明によれば、円筒状永久磁石の標準化が図れ、必要な磁力の大きさに合わせて円筒状永久磁石を並置することにより、所望のトルクを呈するトルクリミッタを得ることができる。

[実施形態１]
図１ないし図５により本発明に係る第１の実施形態である一方向トルクヒンジ１００について説明する。図１は、一方向トルクヒンジ１００の組み立て前の各部品を示す斜視図図であり、図２は一方向トルクヒンジ１００の一部断面を示す側面図である。図３は、図２の切断線Ｘ−Ｙで一方向トルクヒンジ１００を切断した断面図を示し、図４は回転軸の正面図であり、図５は回転軸の溝と円筒状の永久磁石の突起との関係を説明するための図面である。

この一方向トルクヒンジ１００は、同軸状に配置されたハウジング部材１と、円筒状磁性部材２と、円筒状永久磁石３と、内輪部材４、及びシールド部材５とからなる。

樹脂材料などからなるハウジング部材１は円筒状の内面１Ａを有し、内面１Ａには、例えば鉄系の磁性材料からなる円筒状磁性部材２が圧入され、しっかりと固定されている。ハウジング部材１は図示のような円筒状のもの、あるいはプリンタなどの機器の一部分を兼用するような構造のものであってもよい。ハウジング部材１は、シールド部材５が圧入される大径部１Ｂをその一端に有し、大径部１Ｂにシールド部材５が圧入されることによってその一方側の端部が閉じられる。

円筒状永久磁石３は、高生産性、低コスト、高磁力で成形が容易なネオジウムボンド磁石からなるが、フェライト系又はサマリウム系などの他の磁気材料から構成されても勿論よい。円筒状永久磁石３は、その内面に少なくとも２個以上の突起部を有する。この実施形態ではほぼ１２０度間隔で３個の突起部３ａ、３ｂ、３ｃを有する。突起部３ａ、３ｂ、３ｃは、図２において一点鎖線で示される中央軸線Ｚに沿って連続して、あるいは断続的に延びており、回転止めと、これから説明する内輪部材４との圧入による放射方向の機械的応力の低減作用とを行う。

実施形態１における内輪部材４は、内輪又はシャフト部材、あるいはこれらの組み合わせであって、回転部材として働くものである。内輪部材４はポリアセタール樹脂材料など、機械的な強度に優れ、金属に比べて弾力性を有する合成樹脂からなるのが好ましいが、金属材料からなっても良い。内輪部材４の外面には円筒状永久磁石３の３個の突起部３ａ、３ｂ、３ｃに対応する位置に、三つの溝部４ａ、４ｂ、４ｃが設けられている。内輪部材４が円筒状永久磁石３に圧入されるとき、円筒状永久磁石３の３個の突起部３ａ、３ｂ、３ｃと三つの溝部４ａ、４ｂ、４ｃとの間に、機械的な力がかかるような構造になっていることが好ましい。

内輪部材４は、一端に大径部４Ｘを有し、その大径部４Ｘには、内輪部材４を図示しないシャフトに係止させる係止部４Ｘ１を有する。組み立て終了後にはその係止部４Ｘ１が内輪部材４の軸方向のずれを防ぐ。内輪部材４は図示しないシャフトが挿入される中央孔４Ｙを有し、中央孔４Ｙには図４に示すような前記シャフトの回り止め部４Ｚが備えられている。

そのシールド部材５の中央孔には内輪部材４が挿入されており、円筒状永久磁石３を中央に保持する役割をも行う。つまり、円筒状永久磁石３の外面が円筒状磁性部材２の内面に接触せずに、円筒状磁性部材２の内面との間にほぼ均一に僅かな間隔Ｗを維持するように、シールド部材５は円筒状永久磁石３を円筒状磁性部材２の内側中央に支承する。

そして、シールド部材５がハウジング部材１の大径部１Ｂに圧入された状態で、円筒状永久磁石３と円筒状磁性部材２との間に生じる磁力によるトルク値以上のトルクが外部から印加されると、シールド部材５の内周面と内輪部材４の外周面との間ですべり摩擦が生じ、内輪部材４が回転を行う。このすべり摩擦を小さくするために、グリースのような潤滑剤をすべり部分に塗布したり、乾式潤滑剤を形成するのが好ましい。

次に、本発明の重要な構造である円筒状永久磁石３の３個の突起部３ａ、３ｂ、３ｃと内輪部材４の三つの溝部４ａ、４ｂ、４ｃとについて、図５も用いて更に詳述する。突起部３ａ、３ｂ、３ｃは互いに同じ構造であり、溝部４ａ、４ｂ、４ｃは互いに等しい構造であるので、円筒状永久磁石３の突起部３ａと内輪部材４の溝部４ａとだけを示す。図５（Ａ）は円筒状永久磁石３の突起部３ａと内輪部材４の溝部４ａとを部分的に拡大した図面であり、図５（Ｂ）はそれを更に拡大して突起部３ａと溝部４ａとの傾斜角度を説明するための図面である。

図３では、内輪部材４の円筒状の外面が円筒状永久磁石３の円筒状の内面全体に当接するようにして圧入しているように見えるが、好ましくは内輪部材４の円筒状外面は円筒状永久磁石３の突起部３ａ、３ｂ、３ｃと内輪部材４の三つの溝部４ａ、４ｂ、４ｃとだけが当接し、他の面はほとんど接触しないか、又は他の面は軽く当接する程度である。

図５に示すように、突起部３ａも溝部４ａも円弧状であり、好ましくは突起部３ａと溝部４ａとは突起部３ａの根元に近い部分Ｐと溝部４ａの入口近傍部分Ｑで当接する。図５（Ｂ）に示すように、当接する突起部３ａの根元に近い部分Ｐと溝部４ａの入口近傍部分Ｑのそれぞれの接線ｍ、ｎと水平方向とのなす角度は、突起部３ａの接線ｍの角度がＱ１、溝部４ａの接線ｎの角度がＱ２であり、角度Ｑ２は角度Ｑ１よりも大きい。つまり、突起部３ａの根元に近い部分Ｐに比べて溝部４ａの入口近傍部分Ｑの傾きが急傾斜でなければならない。

このように突起部３ａと溝部４ａとが、突起部３ａの根元に近い部分Ｐと溝部４ａの入口近傍部分Ｑで当接すれば、圧入時にその当接した部分に加圧力がかかり、この加圧力の方向は溝部４ａの接線ｎに対してほぼ直角方向となるので、加圧力の大部分が回転方向であり、放射方向の加圧力は十分に小さい。図５（Ｂ）では突起部３ａと溝部４ａとが当接する箇所の一方を示しているだけであるが、もう一方の箇所でも同様に突起部３ａと溝部４ａとが当接するので、加圧力をベクトル的に考えると、回転方向の加圧力は打ち消される。放射方向の加圧力はほぼ２倍となるが、前述のようにこの構造では、放射方向の加圧力は十分に小さいので、問題にならない。

このことは、このトルクリミッタの動作中についても同様なことが言え、動作中のトルクによってかかる機械的な力は永久磁石３の突起部３ａ、３ｂ、３ｃと内輪部材４の三つの溝部４ａ、４ｂ、４ｃとの当接箇所ＰとＱとにかかるが、やはり機械的な力の大部分が回転方向の力であり、放射方向にかかる力は小さいので、円筒状永久磁石３が割れるような危険性はない。この構造が割れやすい円筒状の永久磁石の圧入を可能にしている。

[実施形態２]
図６によって本発明の第２の実施形態に係るトルクリミッタ２００について説明する。図２は、図３と同様なトルクリミッタ２００の断面を示す図である。図１ないし図３で用いた記号と同じ記号は同一の名称の部材を示すものとする。

この実施形態では、円筒状のハウジング部材１が回転体となり、ハウジング部材１の内面に円筒状永久磁石３が固定される。円筒状磁性部材２は内輪部材４の外面に固定され、円筒状永久磁石３の内側に配置されている。円筒状磁性部材２の円筒状外面と円筒状永久磁石３の内面との間に微小な間隙Ｗが存在する。円筒状磁性部材２と内輪部材４とが固定側になる。

円筒状永久磁石３の円筒状の外面には前述のような三つの突起部３ａ、３ｂ、３ｃがほぼ１２０度間隔で形成されている。円筒状のハウジング部材１の内面には、それら突起３ａ、３ｂ、３ｃに対応する位置に、突起部ａ、３ｂ、３ｃを受け入れる溝部１ａ、１ｂ、１ｃを備える。突起部３ａ、３ｂ、３ｃと溝部１ａ、１ｂ、１ｃとの関係は、トルクリミッタ１００の突起部３ａ、３ｂ、３ｃと内輪部材４の溝部４ａ、４ｂ、４ｃとの関係と同様であり、円筒状永久磁石３の突起部３ａ、３ｂ、３ｃの根元近傍部分にハウジング部材１の溝部１ａ、１ｂ、１ｃの入口近傍部分が当接する。したがって、突起部３ａ、３ｂ、３ｃと溝部１ａ、１ｂ、１ｃとの間に加えられる機械的力のベクトルは、回転方向のものがほとんどで、放射方向は十分に小さいので、円筒状永久磁石３が割れたり、ひびが入ることも無い。

以上の実施形態ではいずれも、突起部も溝部も円弧状にしたが、突起部は３角形状又は先端に向かって狭くなる台形状でもよく、また溝部の入口部分が突起部の傾斜部にかかる急な傾斜の３角形状、又は４角形状のものであってもよい。

また、以上の実施形態ではいずれも好ましい例について述べたが、永久磁石３と内輪部材４との間、又はハウジング部材１と永久磁石３との間にかかる機械的力の多くが前記突起部の根元に近い部分Ｐと溝部の入口近傍部分Ｑとにかかり、残りの力が他の部分にも分散されてかかるようになっていても良い。

さらに、突起部と溝部とは２個でもよく、４個以上でも勿論よい。また、機械的な強度からは円筒状の永久磁石に突起部を設け、内輪部材又はハウジング部材に溝部を設けることが好ましいが、永久磁石に溝部を設け、内輪部材又はハウジング部材に突起部を設けてもよい。又は、必要に応じて双方に突起部と溝部とを設けてもよい。

さらにまた、円筒状永久磁石３は幅の狭い複数の円筒状永久磁石を並置したものでもよい。円筒状永久磁石の標準化を図るために長さの小さいリング状の円筒状永久磁石を多数用意し、要求される磁力の大きさに応じて必要な数の円筒状永久磁石を並置してもよい。

ここで円筒状とは、その軸線方向の長さにかかわらず、リング状のように長さの短いものも含む。

発明に係る実施形態１のトルクリミッタ１００の組み立て前の各部材を示す斜視図である。 図１に示したトルクリミッタ１００の一部分を切断してなる側面図である。 図２の切断線Ｘ−Ｙで切断した断面を示す図である。 図１に示したトルクリミッタ１００に用いられる内輪部材を正面から見た図である。 本発明の実施形態１に係るトルクリミッタにおける円筒状永久磁石の圧入構造を説明するための図である。 発明に係る実施形態２のトルクリミッタ２００における組み立て前の各部材を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・ハウジング部材
１Ａ・・・ハウジング部材の円筒状内面
１Ｂ・・・ハウジング部材の大径部
１ａ、１ｂ、１ｃ・・・溝部
２・・・円筒状磁性部材
３・・・円筒状永久磁石
３ａ、３ｂ、３ｃ・・・突起部
４・・・内輪部材
４ａ、４ｂ、４ｃ・・・溝部
５・・・シールド部材

Claims (4)

1. 円筒状磁性部材と、該円筒状磁性部材内に微小間隙を持って配置される円筒状永久磁石と、該円筒状永久磁石内に固定される内輪部材とからなるトルクリミッタにおいて、
   前記円筒状永久磁石は、その内面を幅方向に延びる突起部又は溝部を有し、
   前記内輪部材は、その外面を幅方向に延びる溝部又は突起部を有し、
   前記突起部と前記溝部とに加圧力がかけられるように、前記内輪部材が前記円筒状永久磁石に圧入されていることを特徴とするトルクリミッタ。
2. 円筒状内面を有するハウジング部材と、該ハウジング部材の前記円筒状内面に固定される円筒状永久磁石と、該円筒状永久磁石の内側に微小間隙を持って配置される円筒状磁性部材と、該円筒状磁性部材内に固定される内輪部材とからなるトルクリミッタにおいて、
   前記円筒状永久磁石は、その外面を幅方向に延びる突起部又は溝部を有し、
   前記ハウジング部材は、その円筒状内面を幅方向に延びる溝部又は突起部を有し、
   前記突起部と前記溝部とに加圧力がかけられるように、前記内輪部材が前記円筒状永久磁石に圧入、又は前記円筒状永久磁石が前記ハウジング部材に圧入されていることを特徴とするトルクリミッタ。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記突起部と前記溝部とにかけられる加圧力は、このトルクリミッタの放射方向に比べて回転方向に大きいことを特徴とするトルクリミッタ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
   前記円筒状永久磁石は、必要なトルクに合わせて１個以上並べて配置してなることを特徴とするトルクリミッタ。
   

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