JP2016160972A - トルクリミッタ - Google Patents

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Takayoshi Hayashi
高良 林
平山 正
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【課題】手間とコストをかけることなく製造することができるトルクリミッタを提供すること。【解決手段】トルクリミッタ(1)は、回転軸(11)と、回転軸の外周面に装着される円筒状の永久磁石(12)とを有する第1回転体(10)と、永久磁石とギャップ(30)を隔てて対向する円筒部(21)と、軸方向の一端側に円筒部から径方向内側に延在し、回転軸の外周面上に相対回転可能に支持される端壁部(22)とを有する第2回転体(20)とを備える。第2回転体の円筒部と端壁部とは、金属材料からなる半硬質磁性体により一体的に形成される。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、複写機、プリンター、ファクシミリ等の給紙装置やATMに用いられるトルクリミッタに関する。
従来より、円筒状の永久磁石と円筒状の半硬質磁性体とを同軸上に対向させて、両者間に発生するトルクを利用して、用紙等の重送を防止するトルクリミッタが知られている。
具体的には、図3に示されるトルクリミッタが知られている。図3において、トルクリミッタ100は、第1回転体10と第2回転体120とを備える。第1回転体10は、回転軸11と、回転軸11の外周面に装着される円筒状の永久磁石12とを有する。第2回転体120は、永久磁石12とギャップを隔てて配置される円筒状の半硬質磁性体121と、半硬質磁性体121の外周を形成する樹脂成形した円筒状のケース体122と、樹脂成形した円盤状の蓋体123とを有する。
特開2008−281112号公報(特許文献1)および特開平6−221341号公報(特許文献2)には、そのようなトルクリミッタにおいて、樹脂成形したケース体に半硬質磁性体を圧入して、第2回転体を成型することが開示されている。
このように、第2回転体120は、半硬質磁性体121とケース体122とを別々に成型した後、それらを組み合わせることにより成型されていた。具体的には、半硬質磁性体121は、インゴットを圧延し、円筒状にプレス加工した後、溶体化処理を施し、時効処理を行うことにより成型される。ケース体122は、合成樹脂を円筒状に加工することにより形成される。さらに、成型したケース体122に半硬質磁性体121を圧入またはインサート成型することにより、第2回転体120を成型する。
一方、特開2006−316861号公報(特許文献3)には、円筒状の半硬質磁性体と、半硬質磁性体の両端部を保持する一対の蓋体とを有する第2回転体が開示されている。さらに、特開2002−295510号公報(特許文献4)には、第2回転体として、半硬質磁性体プラスチックマグネット製のケーシングを用いることが開示されている。
特開2008−281112号公報 特開平6−221341号公報 特開2006−316861号公報 特開2002−295510号公報
特許文献1、2のトルクリミッタにおいて、第2回転体を製造するには、半硬質磁性体とケース体をそれぞれ別工程で製造し、半硬質磁性体をケース体に圧入する必要があるため、加工工程に長時間を要していた。
さらに、特許文献3においても、第2回転体として、半硬質磁性体からなる円筒体(ケース体)と蓋体とをそれぞれ別個に製造する必要があり、複数の部品の工数を要していた。また、このようなトルクリミッタは、複数の部材を要することで、磁気のバランスが崩れ、コギング(コトコト音)が発生し、回転が滑らかではない場合がある。
一方、特許文献4のように、第2回転体を一体成型するものがあるが、第2回転体を構成する材料が半硬質磁性材プラスチックマグネットであり、プラスチック製であるため、耐熱性上の問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、手間とコストをかけることなく製造することができるトルクリミッタを提供することである。
この発明のトルクリミッタは、回転軸と、回転軸の外周面に装着される円筒状の永久磁石とを有する第1回転体と、永久磁石とギャップを隔てて対向する円筒部と、軸方向の一端側に円筒部から径方向内側に延在し、回転軸の外周面上に相対回転可能に支持される端壁部とを有する第2回転体と、を備える。第2回転体の円筒部と端壁部とは、金属材料からなる半硬質磁性体により一体的に形成される。
好ましくは、第2回転体は、金属粉末を成型して焼結した焼結体である。
好ましくは、第2回転体は、メタルインジェクションモールディングにより成型されている。
好ましくは、第2回転体は、ロストワックス鋳造により成型されている。
好ましくは、第1回転体又は第2回転体は、軸方向の他端側を塞ぐ蓋体部を含む。
本発明によれば、手間とコストをかけることなく製造することができるトルクリミッタを提供することができる。
本発明の実施の形態1に係るトルクリミッタを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係るトルクリミッタを概略的に示す断面図である。 従来のトルクリミッタを概略的に示す断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係るトルクリミッタについて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係るトルクリミッタを概略的に示す断面図である。なお、従来例の図3と同一または相当部分には、同一符号を付して説明する。
図1を参照して、本実施の形態1に係るトルクリミッタ1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10と、第1回転体10の円筒状外周部に対向する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10は、回転軸11と、回転軸11の外周面に装着される円筒状の永久磁石12とを有する。永久磁石12は、たとえば、接着剤により回転軸11の外周面に固定されている。第1回転体10の永久磁石12としては、たとえば、フェライト磁石や希土類磁石(いずれも焼結磁石および樹脂磁石を含む)が用いられる。
第2回転体20は、第1回転体10の永久磁石12とギャップ30を隔てて対向する円筒部21と、軸方向の一端側に円筒部21から径方向内側に延在し、回転軸11の外周面上に相対回転可能に支持される端壁部22とを有する。第2回転体20の円筒部21と端壁部22とは、金属材料からなる半硬質磁性体により一体的に形成される。なお、第1回転体10又は第2回転体20は、軸方向の他端側を塞ぐ蓋体部23を含んでもよい。蓋体部23も一体的に形成することも可能ではあるが、この場合はトルクリミッタの組立時に第1回転体10を組み込むことができないので好ましくはない。
蓋体部23の材料は、金属で形成してもよいし、合成樹脂で形成してもよいが、金属材料で形成した方が強度を出すことができる。蓋体部23と第2回転体20の円筒部21との係合は、相互に係合可能な係合箇所を設ける、例えば、ネジ止めや嵌合構造など公知の技術手段を取ることで両者を連結することができる。
第2回転体20の円筒部21と端壁部22とは、金属粉末を成型して焼結した焼結体で形成される。金属粉末としては、クロムコバルト鋼、アルニコ磁石などの金属磁石材料や、マルテンサイト系ステンレス鋼などが用いられる。特に、金属粉末としては、安価な材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼が望ましい。なお、第2回転体20の円筒部21と端壁部22とは、金属材料を使用するため、耐熱性はよい。
従来は、半硬質磁性体として、高い残留磁束密度を持つ金属材料が用いられていた。しかし、円筒部21と端壁部22とを金属材料からなる半硬質磁性体により一体成型することで、半硬質磁性体の有効体積を増加することができる。このため、安価で低特性の金属材料である、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることが可能となった。上述のように、マルテンサイト系ステンレス鋼は安価であるため、有効体積が増えたとしても、トルクリミッタ1のコストを低減することが可能である。なお、このような構造とすることにより、第2回転体20の半硬質磁性体の体積は、たとえば、従来の4倍にすることが可能である。更には、永久磁石の端部における漏れ磁束も有効に利用できるため、ヒステリシストルク及び永久磁石と半硬質磁性体との吸引力も拡大できる。
また、従来、合成樹脂で形成していた部分を金属材料で形成するため、第2回転体20全体としても強度を出すことができる。さらに、端壁部22も金属材料で形成されるため、端壁部22の強度も出すことが可能である。
さらに、第2回転体20の円筒部21と端壁部22とは、半硬質磁性体で形成され、外部に露出しているため、使用時にトルクリミッタ1内で発熱しても、半硬質磁性体を介して放熱され、内部発熱による温度の上昇を抑制することができる。つまり、放熱効果を上げることができるため、トルクリミッタ1の信頼性を向上させることができる。
トルクリミッタ1は、第2回転体20に負荷がかかっていないときは、第2回転体20の半硬質磁性体と第1回転体10の永久磁石12の間に生じるトルクにより、回転軸11の回転に伴って永久磁石12も同時に回転する。トルクリミッタ1は、トルク以上の負荷が半硬質磁性体にかかると、第2回転体20が空転する。つまり、第1回転体10と第2回転体20とが相対回転して、トルクリミッタ1としての機能を発揮する。このような動作をするトルクリミッタ1は、第2回転体20が半硬質磁性体で一体成型されているため、コギングが発生せず、トルクリミッタ1の回転を滑らかにすることができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係るトルクリミッタについて説明する。図2は、本発明の実施の形態2に係るトルクリミッタを概略的に示す断面図である。実施の形態1と同一または相当部分には、同一符号を付して説明する。
本実施の形態2に係るトルクリミッタ1Aは、実施の形態1の蓋体部23を有さない。すなわち、第1回転体10Aの回転軸11Aと実施の形態1の蓋体部23とは、一体化して形成されている。つまり、第1回転体10Aの回転軸11Aは、蓋体としての機能も備えている。なお、第2回転体20Aは、円筒部21と端壁部22とを有する。
このような構造とされることにより、第1回転体10Aは、トルクリミッタ1Aの動作中に、永久磁石12の側面磁力により端壁部22側に付勢力が働く。したがって、第1回転体10Aは、第2回転体20Aに対して安定して接触しているので、蓋体がなくとも、第1回転体10Aがトルクリミッタ1Aから抜けることがなく、信頼性の高いトルクリミッタを提供することができる。さらに、部品点数を減らすことができるため、組み立て工数を減らすことができる。
(製造方法)
次に、第2回転体20,20Aの製造方法について説明する。第2回転体20,20Aを構成する円筒部21と端壁部22の成型方法として、メタルインジェクションモールディング(MIM)とロストワックス鋳造がある。まず、メタルインジェクションモールディングについて説明する。
第2回転体20,20Aは、メタルインジェクションモールディングにより成型することが望ましい。メタルインジェクションモールディングとは、金属粉末射出成型法であり、粉末状の金属粉とバインダを混ぜ合わせ金型に射出し、バインダを脱脂した後に焼結して金属製品を得る加工方法である。
金属材料としてステンレス鋼(SUS)を用いる場合は、第2回転体20,20Aの金型を製作する。ステンレス鋼とバインダを混練し、金型に射出成型し、バインダを脱脂する。さらに、脱脂したものを焼結して、硬化処理を施すことで第2回転体20,20Aの半硬質磁性体を成型する。
金属材料としてクロムコバルト鋼(CrCo)を用いる場合は、第2回転体20,20Aの金型を製作する。クロムコバルト鋼とバインダを混練し、金型に射出成型し、バインダを脱脂する。さらに、脱脂したものを焼結して、溶体化処理をし、時効処理を施すことで、第2回転体20,20Aの半硬質磁性体を成型する。
このように成型することで、細かく複雑な形状の第2回転体20,20Aであっても、柔軟に対応して、製造することができる。さらに、従来の第2回転体120は、ケース体122と半硬質磁性体121とを別々に加工した後に、組み立てる必要があった。しかし、このように成型することで、第2回転体20,20Aは、従来のケース体122と半硬質磁性体121とを一体的に成型することができることになり、組み立てる手間がかからない。さらに、第2回転体20,20Aの部品点数を減らすことができる。
次に、ロストワックス鋳造について説明する。
第2回転体20,20Aは、ロストワックス鋳造により成型してもよい。ロストワックス鋳造とは、鋳造の一種で、ワックス(ロウ)で製作した型にコーティングを施し、その後ロウを溶かすことによって鋳型を得る方法である。
金属材料としてステンレス鋼(SUS)を用いる場合は、第2回転体20,20Aのワックス模型を作成する。ワックス模型の周りを鋳砂で覆い固めるか、もしくは何層かのセラミックコーティングを施した後、ワックスを溶かして除去した空洞に金属材料を流し込んで鋳造した後、硬化処理を施す。
ロストワックス鋳造を利用して成型することで、細かく複雑な形状の第2回転体20,20Aであっても、柔軟に対応して、製造することができる。
このような第2回転体20を用いてトルクリミッタ1を製造するには、上述の方法で製造した第2回転体20に、第1回転体10を挿入した後、蓋体部23を嵌めればよい。第2回転体20,20Aを上述した方法により一体成型することができるため、部品工数を減らすことができる。しかも、リードタイムを減少させることができるため、コストを削減することが可能である。
なお、第1回転体10,10Aの永久磁石12を第2回転体20,20Aの端壁部22に当接するまで軸方向に延ばすことができる。このような構造とすることにより、より強いトルクを発生させることが可能である。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものでは
ないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく
て特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべて
の変更が含まれることが意図される。
1 トルクリミッタ、10 第1回転体、11 回転軸、12 永久磁石、20 第2回転体、21 円筒部、22 端壁部、23 蓋体部、30 ギャップ、100 トルクリミッタ、120 第2回転体、121 半硬質磁性体、122 ケース体、123 蓋体。

Claims (5)

  1. 回転軸と、前記回転軸の外周面に装着される円筒状の永久磁石とを有する第1回転体と、
    前記永久磁石とギャップを隔てて対向する円筒部と、軸方向の一端側に前記円筒部から径方向内側に延在し、前記回転軸の外周面上に相対回転可能に支持される端壁部とを有する第2回転体と、を備え、
    前記第2回転体の前記円筒部と前記端壁部とは、金属材料からなる半硬質磁性体により一体的に形成される、トルクリミッタ。
  2. 前記第2回転体は、金属粉末を成型して焼結した焼結体である、請求項1に記載のトルクリミッタ。
  3. 前記第2回転体は、メタルインジェクションモールディングにより成型されている、請求項1または2に記載のトルクリミッタ。
  4. 前記第2回転体は、ロストワックス鋳造により成型されている、請求項1または2に記載のトルクリミッタ。
  5. 前記第1回転体又は前記第2回転体は、前記軸方向の他端側を塞ぐ蓋体部を含む、請求項1〜4のいずれかに記載のトルクリミッタ。
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