JP2006316861A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量でありながら、紙粉等の異物の侵入を防ぐことができるとともに、放熱効果が得られる、トルクリミッタを提供する。
【解決手段】 トルクリミッタ１０は、円筒状外周部を有する第１回転体１１と、円筒状外周部に対向する円筒状内周部を有し、第１回転体１１と同軸状で互いに対して相対的に回転可能に設けられた第２回転体２０とからなり、円筒状外周部および内周部のうちのいずれか一方は永久磁石で、いずれか他方はヒステリシス材である。第２回転体２０は、ヒステリシス材２１からなる円筒体と、円筒体の両端部に設けられ、円筒体を保持するとともに、第１回転体１１と、第２回転体２０とによって形成される空間を閉じる一対の蓋体２３，２５を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば複写機やプリンター・ファクシミリ等の給紙分離装置等に用いられるトルクリミッタに関し、特に、放熱効果の優れたトルクリミッタに関する。

従来のトルクリミッタにおいては、たとえば、永久磁石の外周部に対向してヒステリシス材の円筒体が設けられている場合、ヒステリシス材の外周が熱伝導率の悪いハウジングケースに覆われているため、内部で発生するヒステリシス損、渦電流による発熱温度が放熱されにくく、トルク性能の信頼性を損なうという問題があった。

これに対して、放熱効果を考慮したトルクリミッタが、たとえば、特開平６-２２１３４１号公報（特許文献１）に記載されている。同公報によれば、永久磁石を固着した一方の回転体と、半硬質磁石を固着した他方の回転体とを対向させて配置したトルクリミッタにおいて、いずれか一方の回転体を金属材料で形成し、それによって、放熱効果を上げることを開示している。

また、特開平１０−７８０４３号公報（特許文献２）には、永久磁石と、永久磁石に対向するヒステリシス材を有し、両者が外部に露出されているトルクリミッタが開示されている。

また、特開平１１−３１１２５８号公報（特許文献３）には、ハウジング側面に設けられた通気穴から熱を放出してハウジング内の温度上昇を抑えるようにしたトルクリミッタが記載されている。

また、特開２００４−２３９３５７号公報（特許文献４）には、ヒステリシス材の外周面を露出させる間隙を設けるとともに、側壁部に孔を設けたトルクリミッタが開示されている。
特開平６−２２１３４１号公報（段落番号００２３〜００２７、図１等） 特開平１０−７８０４３号公報（段落番号００１３、図１等） 特開平１１−３１１２５８号公報（段落番号００１１、図４等） 特開２００４−２３９３５７号公報（段落番号０００８、図２等）

従来の、放熱効果を考慮したトルクリミッタは、上記のように構成されていた。特許文献１に記載されたトルクリミッタにおいては、端面から放熱が有効に行なわれるが、半硬質磁石はハウジングに覆われているため、円周面からの放熱が十分でないとともに、回転体およびシャフトを金属製とする必要があるため、重量が重くなるという問題があった。特許文献２に記載されたトルクリミッタにおいては、放熱効果は大きいが、ヒステリシス材の内周部および永久磁石の外周部が外部に露出しているため、異物等が侵入し、実用的でない、という問題があった。特許文献３に記載されたトルクリミッタにおいては、通気穴から熱を放出してハウジング内の温度上昇を抑えることができるが、通気穴から紙粉等の異物が侵入するという問題があった。また、特許文献４に記載されたトルクリミッタにおいては、放熱効果は大きいが、上記と同様に、開放された通気穴から熱を放出してハウジング内の温度上昇を抑えることができるが、通気穴から紙粉等の異物が侵入するという問題があった。

この発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、軽量でありながら、紙粉等の異物の侵入を防ぐことができるとともに、放熱効果が得られる、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、トルクリミッタは、円筒状外周部を有する第１回転体と、円筒状外周部に対向する円筒状内周部を有し、第１回転体と同軸状で互いに対して相対的に回転可能に設けられた第２回転体とからなり、円筒状外周部および内周部のうちのいずれか一方は永久磁石で、いずれか他方はヒステリシス材である。第２回転体は、ヒステリシス材または永久磁石からなる円筒体と、円筒体の両端部に設けられ、円筒体を保持するとともに、第１回転体と、第２回転体と共に空間を形成する一対の蓋体を有する。

第２回転体は、ヒステリシス材または永久磁石からなる円筒体と、円筒体の両端部に設けられ、円筒体を保持するとともに、第１回転体と第２回転体と共に、空間を形成する一対の蓋体を有するため、ヒステリシス材または永久磁石を保持するハウジングが不要になる。

その結果、軽量でありながら、紙粉等の異物の侵入を防ぐことができるとともに、放熱効果が得られる、トルクリミッタを提供できる。

好ましくは、第２回転体の外周部は外部に開放されている。

さらに好ましくは、蓋体は、金属を含む。

さらに好ましくは、円筒体の両端部および蓋体には、相互に係合可能な係合部が設けられる。

この発明の一つの実施の形態によれば、第２回転体の外周部には円筒状弾性体が設けられる。

円筒状弾性体はスリーブを介して、第２回転体に設けられてもよい。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施の形態に係るトルクリミッタ１０を示す要部断面図である。図１を参照して、トルクリミッタ１０は、図示のない駆動用のシャフトに止めネジ（図示なし）を介して一体的に回転するようにされた、円筒状外周部を有する第１回転体１１と、第１回転体１１の円筒外周部に対向する円筒円筒状内周部を有する第２回転体２０とを含む。

第１回転体１１は、合成樹脂円筒体１２と、合成樹脂円筒体１２の外周部に設けられた円筒状の永久磁石１４とを含む。

第２回転体２０は、円筒状の永久磁石１４の外周部に対向する円周面を有する、円筒体であるヒステリシス材（半硬質磁石）２１と、ヒステリシス材２１の両端部において、ヒステリシス材２１を合成樹脂円筒体１２に対して回転可能に支持するための、一対の円板状の蓋体２３，２５とを含む。一対の円板状の蓋体２３，２５は、第１回転体１１と第２回転体２０と共に空間を形成する。

蓋体２３と合成樹脂円筒体１２とは、合成樹脂円筒体１２の外周部１２ａに軸摺動部１３ａを有し、蓋体２５と合成樹脂円筒体１２とは、合成樹脂円筒体１２の外周部１２ｂと、端面１２ｃに軸摺動部１３ｂ，１３ｃを有する。

蓋体２３，２５は、熱伝導率のよいアルミニウム合金、マグネシューム合金、ステンレス合金で形成されるが、熱伝導率の良いアルミ粉、アルミ合金粉、銅粉、マグネシューム粉等の金属粉や炭素短繊維を充填した熱可塑性、または、熱硬化性の合成樹脂材料で構成しても良い。すなわち、蓋体２３，２５は、熱伝導率のよい非磁性の金属を含む。

ここで、熱伝導率としては、≧１０Ｗ／ｍ・ｋが好ましい。
なお、蓋体全体を熱伝導率の良い金属材料で構成するのではなく、摺動部分のみをポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ），ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリオレンタルフィン樹脂、フッ素樹脂等の摺動性、耐熱性に優れた合成樹脂で構成しても良い。

また、図１に示すように、第２回転体２０の外周部は、外部に開放されている。

トルクリミッタ１０において、その外周部であるヒステリシス材２１は一対の蓋体２３，２５によって保持されることにより、外部に露出しており、また、その両端面は熱伝導率の良い材料で構成されているため、使用中にトルクリミッタ内で発熱しても、その熱は蓋体２３，２５およびヒステリシス材を介して放熱され、内部発熱による温度の上昇を抑制できる。

その結果、軽量でありながら、紙粉等の異物の侵入を防ぐことができるとともに、放熱効果が得られる、トルクリミッタを提供できる。また、高速回転や高トルクの場合でも、長期に亘り、安定したトルクが得られる。

次に図１に示したトルクリミッタ１０の具体的な構成について説明する。図２は、図１に示したトルクリミッタ１０の分解斜視図である。図２を参照して、第２回転体２０を構成する蓋体２３は、中央部に、合成樹脂円筒体１２を通すための貫通孔２３ｂを有する円板部２３ａと、円板部２３ａの内側に設けられ、円板部２３ａよりも外周の寸法が少し小さい円筒部２３ｃとを含む。円筒部２３ｃの外周には等間隔で４つの突起部（凸部）２４ａ〜２４ｄと、複数の切り欠き部２４ｅが設けられている。

一方、ヒステリシス材２１には、その両端部の近傍に、蓋体２３の突起部２４ａ〜２４ｄに係合する貫通孔（凹部）２２ａ〜２２ｄが設けられている。円筒状のヒステリシス材２１に設けられた貫通孔２２ａ〜２２ｄと、蓋体２３の突起部２４ａ〜２４ｄとは、互いに係合可能な係合部を構成し、相互に合わせて圧入し、両者を固定することができる。

合成樹脂円筒体１２には、予め、着磁された永久磁石１４が固着されており、これを蓋体２３の貫通孔２３ｂに貫通させる。他方の蓋体２５は、蓋体２３と同様の構成を有しており、その後、反対側の蓋体２５の突起部２６ａ〜２６ｄがヒステリシス材２１の蓋体２５側の４つの貫通孔に係合するように、同様に圧入して固定する。

このように、一方の蓋体２３の突起部２４ａ〜２４ｄにヒステリシス材２１の端部に設けられた貫通孔２２ａ〜２２ｄを係合させ、蓋体２３の貫通孔２３ｂに、永久磁石が取付けられた合成樹脂円筒体１２の一方端を貫通させ、その後、他方の蓋体２５で、永久磁石が取付けられた合成樹脂円筒体１２を閉じるようにしたため、簡単な方法で、軽量でありながら、紙粉等の異物の侵入を防ぐことができるとともに、放熱効果が得られる、トルクリミッタの製造方法を提供できる。

なお、上記実施の形態においては、一対の蓋体２３，２５は、熱伝導率のよい非磁性の金属を含む場合について説明したがこれに限らず、一対の蓋体２３，２５は、従来のように、樹脂で構成されていても良い。

次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図３は、この発明の他の実施の形態を示す図１に対応する図である。

図３を参照して、この実施の形態においては、図１に示した実施の形態に対して、ヒステリシス材２１の外周にゴムロール２８のような円筒状弾性体が設けられている。また、このゴムロールを両側から挟み込むように、蓋体２３，２５の半径方向の寸法が大きくなっている。それ以外の部分については、先の実施の形態と同じであるので、同一部分に同一参照符号を付して、その説明は省略する。

この実施の形態に係るトルクリミッタにおいては、従来のように、ヒステリシス材２１がハウジングによって保持されないため、その分、放熱効果がよい。また、内部発熱を両側の蓋体２３，２５から放熱でき、先の実施の形態と同様の効果を奏する。

なお、ゴムロール２８をスリーブを介してヒステリシス材２１に取付けるようにしてもよい。そうすれば、ゴムロール２８の交換が容易になる。

次に、トルクリミッタの各構成要素について説明する。ヒステリシス材２１は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｃｏ系合金製で帯状半硬質材を円筒状に丸め、継ぎ目を固定した後、ダイス型で引き抜き成型し、熱処理を加えて継ぎ目の無いシームレス状の円筒体を形成する。または、マルチフォーミング等で帯状半硬質磁石を円筒状に丸め加工後、継ぎ目に点溶接を施し熱処理を加えた円筒体である。

第２回転体の蓋体２３，２５の材料としては、熱伝導率の良いアルミニウム合金、マグネシューム合金、ステンレス合金が好ましいが、熱伝導率の良いアルミ粉、アルミ合金粉、銅粉、マグネシューム粉等の金属粉や炭素短繊維を充填した熱可塑性、または、熱硬化性の合成樹脂材料で構成しても良い。バインダーとしては、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等、また、摺動部分には摺動性と耐熱性・限界ＰＶ値の高いグレードに優れた熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂を用いればより信頼性が高まる。

具体的には、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンオキシド樹脂（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルフアイド樹脂（ＰＰＳ）、等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、等の熱硬化性樹脂があげられる。

また、これら合成樹脂材料には摺動性や剛性、ＰＶ値を上げるためにチタン酸カリウムウイスカー、四フッ化樹脂（ＰＴＦＥ）、固体潤滑剤（グラファイト、二硫化モリブデン等）、オイル、ガラスビーズ、ガラス繊維等の充填剤を混入して用いても良い。

合成樹脂円筒体１２の材質としては、高速下で使用される場合は、アルミニウム合金、マグネシューム合金、ステンレス合金、亜鉛合金、銅合金等が熱伝導率が良く、放熱性や耐久性の観点から適している。また、低速の場合は、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等の摺動性、耐熱性に優れた合成樹脂材料もコスト的観点から有効である。

第２回転体軸受摺動部と第１回転体の軸受摺動部はともに、熱伝導率の似かよった材料で形成すれば、摺動部の摩擦抵抗が小さく、安定したトルク性能が得られる。

さらに、両回転体１１，２０の摺動部には、摺動特性向上と摩耗防止のために、必要に応じて液状、グリス状、固体潤滑剤等を潤滑油として添加することができる。

液状オイルとしては、シリコーンオイル等の合成油、ナフテン系、または、パラフィン系の鉱油、作動油等が挙げられる。さらに、液状オイルと固体潤滑剤との混合グリスを両回転体１１，２０の摺動部に添加するのも効果的である。固体潤滑剤としては、フッ素樹脂、二硫化モリプデン、グラファイト、二硫化タングステン、フッ化黒鉛、窒化ほう素、メラミンシアヌレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコーン樹脂、金属石鹸等をパウダー化したものが使用できる。

永久磁石１６としては、フエライト磁石や希土類磁石（焼結磁石、樹脂磁石を含む）が用いられるが、トルクリミッタ１０の小型化、高トルク化の観点から希土類磁石を用いるのが望ましい。希土類としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石等が挙げられる。

なお、上記実施の形態においては、第１回転体を永久磁石とし、第２回転体をヒステリシス材とした場合について説明したが、これに限らず、これらの関係を逆にしてもよい。

また、上記実施の形態においては、第２回転体を構成する蓋体２３，２５とヒステリシス材２１との係合を、蓋体２３，２５に突起部を設け、ヒステリシス材２１に貫通孔を設けた例について説明したが、これを相互に逆に設けるようにしてもよい。

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。

この発明に係るトルクリミッタは、永久磁石またはヒステリシス材が一対の蓋体によって保持されることにより、ヒステリシス材等が外部に露出されるとともに内部空間を閉じるため、閉じた構造でありながら、放熱効率のよいトルクリミッタとして有利に使用される。

この発明の一実施の形態に係るトルクリミッタの断面図である。 図１に示したトルクリミッタの製造工程を示す図である。 この発明の他の実施の形態に係るトルクリミッタの断面図である。 図３に示したトルクリミッタの製造工程を示す図である。

符号の説明

１０ トルクリミッタ、１１ 第１回転体、１２ 合成樹脂円筒体、１３ 軸摺動部、１４ 永久磁石、２０ 第２回転体、２１ ヒステリシス材、２３，２５ 蓋体、２４，２６ 突起部、２８ ゴムロール。

Claims (6)

1. 円筒状外周部を有する第１回転体と、前記円筒状外周部に対向する円筒状内周部を有し、前記第１回転体と同軸状で互いに対して相対的に回転可能に設けられた第２回転体とからなり、前記円筒状外周部および前記内周部のうちのいずれか一方は永久磁石で、いずれか他方はヒステリシス材であるトルクリミッタであって、
   前記第２回転体は、前記ヒステリシス材または永久磁石からなる円筒体と、前記円筒体の両端部に設けられ、前記円筒体を保持するとともに、前記第１回転体と、前記第２回転体と共に空間を形成する一対の蓋体を有する、トルクリミッタ。
2. 前記第２回転体の外周部は外部に開放されている、請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 前記蓋体は、金属を含む、請求項１または２に記載のトルクリミッタ。
4. 前記円筒体の両端部および前記蓋体には、相互に係合可能な係合部が設けられる、請求項１から３のいずれかに記載のトルクリミッタ。
5. 前記第２回転体の外周部には円筒状弾性体が設けられる、請求項１、３および４のいずれかに記載のトルクリミッタ。
6. 前記円筒状弾性体はスリーブを介して、前記第２回転体に設けられる、請求項５に記載のトルクリミッタ。

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