特開 2024-160557 トルクリミッタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024160557

(43)【公開日】2024-11-14

(54)【発明の名称】トルクリミッタ

(51)【国際特許分類】

   F16D 7/02 20060101AFI20241107BHJP

   H01F 1/057 20060101ALI20241107BHJP

   H01F 7/02 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

F16D7/02 C

H01F1/057

H01F1/057 180

H01F7/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023075691

(22)【出願日】2023-05-01

(71)【出願人】

【識別番号】000114710

【氏名又は名称】ヤマウチ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】平山 正

【テーマコード（参考）】

5E040

【Ｆターム（参考）】

5E040AA04

5E040BD01

5E040CA01

(57)【要約】

【課題】トルクの立ち上がり特性に優れた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、第１回転部１２と、第１回転部１２と同軸上において第１回転部１２に対して回転できるように第１回転部１２の外側に嵌められた第２回転部１４と、第１回転部１２に固定された永久磁石１６と、第１回転部１２の径方向において永久磁石１６に対向するように第２回転部１４に固定され、かつ永久磁石１６との間でヒステリシストルクを生じさせるヒステリシス材１８と、を備える。永久磁石１６は、ラジアル異方性を有する金属焼結磁石である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１回転部と、
前記第１回転部と同軸上において前記第１回転部に対して回転できるように前記第１回転部の外側に嵌められた第２回転部と、
前記第１回転部および前記第２回転部のうちの一方に固定された永久磁石と、
前記第１回転部の径方向において前記永久磁石に対向するように前記第１回転部および前記第２回転部のうちの他方に固定され、かつ前記永久磁石との間でヒステリシストルクを生じさせるヒステリシス材と、を備え、
前記永久磁石は、ラジアル異方性を有する金属焼結磁石である、トルクリミッタ。

【請求項2】

前記永久磁石は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石である、請求項１に記載のトルクリミッタ。

【請求項3】

前記永久磁石の極数は、２０以上である、請求項１または２に記載のトルクリミッタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルクリミッタに関する。

【背景技術】

【0002】

複写機およびＡＴＭ等の種々の機器において、ヒステリシストルクを利用したトルクリミッタが用いられている。例えば、特許文献１に開示されたトルクリミッタは、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する第２回転体とを備えている。第１回転体の円筒状外周部および第２回転体の円筒状内周部のうちの一方には永久磁石が設けられ、他方にはヒステリシス材が設けられている。このトルクリミッタでは、永久磁石とヒステリシス材との間に発生するヒステリシストルクを利用して、回転の伝達および遮断が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１５３７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなトルクリミッタにおいて求められる特性は、トルクリミッタの使用箇所および用途に応じて異なる。例えば、複写機等に備えられた給紙装置において使用されるトルクリミッタには、紙の重送を防止するために、トルクの低下を抑制するとともに、トルクの立ち上がりを早くすることが求められる。この点に関して、特許文献１には、トルクの低下を抑制するための構成が開示されているが、トルクの立ち上がり特性を向上するための構成については開示されていない。

【0005】

そこで、本発明は、トルクの立ち上がり特性に優れたトルクリミッタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、下記のトルクリミッタを要旨とする。

【0007】

（１）第１回転部と、
前記第１回転部と同軸上において前記第１回転部に対して回転できるように前記第１回転部の外側に嵌められた第２回転部と、
前記第１回転部および前記第２回転部のうちの一方に固定された永久磁石と、
前記第１回転部の径方向において前記永久磁石に対向するように前記第１回転部および前記第２回転部のうちの他方に固定され、かつ前記永久磁石との間でヒステリシストルクを生じさせるヒステリシス材と、を備え、
前記永久磁石は、ラジアル異方性を有する金属焼結磁石である、トルクリミッタ。

【0008】

（２）前記永久磁石は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石である、上記（１）に記載のトルクリミッタ。

【0009】

（３）前記永久磁石の極数は、２０以上である、上記（１）または（２）に記載のトルクリミッタ。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、トルクの立ち上がり特性に優れたトルクリミッタが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るトルクリミッタを示す概略断面図である。

【図2】図２は、永久磁石を軸方向から見た図である。

【図3】図３は、実施例１および比較例１のトルク値の比較結果を示す図である。

【図4】図４は、実施例２および比較例２のトルク値の比較結果を示す図である。

【図5】図５は、実施例３および比較例３のトルク値の比較結果を示す図である。

【図6】図６は、実施例１～５および比較例１～５のトルク値の比較結果を示す図である。

【図7】図７は、実施例６～９および比較例６～９のトルク値の比較結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態に係るトルクリミッタについて図面を用いて説明する。

【0013】

（トルクリミッタの構成）
まず、トルクリミッタの基本的な構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るトルクリミッタを示す概略断面図である。

【0014】

図１に示すように、本実施形態に係るトルクリミッタ１０は、筒状の第１回転部１２と、第１回転部１２と同軸上に設けられた筒状の第２回転部１４と、第１回転部１２に固定された筒状の永久磁石１６と、第２回転部１４に固定された筒状のヒステリシス材１８とを備えている。本実施形態では、第１回転部１２、第２回転部１４、永久磁石１６およびヒステリシス材１８はそれぞれ円筒形状を有している。

【0015】

第１回転部１２は、筒状の軸部１２ａと、軸部１２ａから第１回転部１２の径方向外側に向かって突出する突出部１２ｂとを有している。なお、本明細書において、第１回転部の径方向とは、第１回転部の軸方向に直交する方向を意味する。以下において、単に径方向という場合は、第１回転部の径方向を意味し、単に軸方向という場合は、第１回転部の軸方向を意味する。

【0016】

第１回転部１２は、例えば、合成樹脂を用いて構成される。合成樹脂としては、例えば、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリロニトリル―ブタジエン―スチレン樹脂などが挙げられる。また、第１回転部１２は、合成樹脂以外の材料を用いて構成することもできる。例えば、金属を用いて第１回転部１２を構成してもよい。金属としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、真鍮、ステンレス、鉄などが挙げられる。第２回転部１４、ならびに後述のスリーブ２０，２２およびキャップ２４についても同様の材料を用いて構成することができる。なお、第１回転部１２、第２回転部１４、スリーブ２０，２２およびキャップ２４は、公知の種々のトルクリミッタと同様に構成することができる。

【0017】

第２回転部１４は、第１回転部１２に対して回転できるように第１回転部１２の外側に嵌められている。本実施形態では、第１回転部１２（軸部１２ａ）の両端部の外側に筒状のスリーブ２０，２２が嵌められている。また、軸方向における第２回転部１４の一端部の内側に、中空円板状のキャップ２４が固定されている。キャップ２４は、スリーブ２０に対して摺動可能（回転可能）に、スリーブ２０の外側に嵌められている。軸方向における第２回転部１４の他端部側は、スリーブ２２に対して摺動可能（回転可能）に、スリーブ２２の外側に嵌められている。このような構成により、第２回転部１４は、第１回転部１２に対して回転できるように第１回転部１２に支持されている。

【0018】

永久磁石１６およびヒステリシス材１８は、径方向において互いに対向するように設けられている。本実施形態では、径方向において永久磁石１６の外側にヒステリシス材１８が設けられている。なお、本明細書において永久磁石１６およびヒステリシス材１８が径方向において対向している状態とは、永久磁石１６およびヒステリシス材１８のうちの一方が他方の内側に位置付けられている状態を意味する。したがって、永久磁石１６とヒステリシス材１８との間に他の筒状部材が挿入されている場合でも、永久磁石１６およびヒステリシス材１８のうちの一方が他方の内側に位置付けられている状態は、永久磁石１６およびヒステリシス材１８が径方向において対向している状態である。

【0019】

本実施形態では、永久磁石１６は、第１回転部１２（より具体的には、突出部１２ｂ）の外周面に固定されている。永久磁石１６としては、金属焼結磁石が用いられる。永久磁石１６については後述する。

【0020】

本実施形態では、ヒステリシス材１８は、第２回転部１４の内周面に固定されている。ヒステリシス材１８は、半硬質磁性材料を用いて構成される。具体的には、例えば、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃｏ系合金またはＦｅ－Ｃｏ系合金等の半硬質磁性材料に所定の磁場処理を行うことによってヒステリシス材１８を構成することができる。本実施形態では、ヒステリシス材１８の磁束密度は、０．７Ｔ以上であることが好ましく、保磁力は、２．５～１２．５ｋＡ／ｍであることが好ましい。

【0021】

図示は省略するが、第１回転部１２の軸部１２ａには、駆動装置によって回転駆動される回転軸が挿入される。上記回転軸は、第１回転部１２と一体的に回転するように第１回転部１２に連結される。なお、上記回転軸は、第２回転部１４に対して回転可能に第１回転部１２に挿入される。

【0022】

第２回転部１４には、図示しない被回転部材が取り付けられる。本実施形態に係るトルクリミッタ１０を給紙装置に用いる場合、被回転部材は、例えば、フィードローラ（給紙ローラ）に対して圧接するように設けられるリタードローラ（摩擦ローラ）である。

【0023】

本実施形態に係るトルクリミッタ１０では、上述の駆動装置（図示せず）によって第１回転部１２および永久磁石１６が回転される。これにより、永久磁石１６とヒステリシス材１８との間にヒステリシストルクが発生し、ヒステリシス材１８および第２回転部１４が回転する。その結果、上記被回転部材に所定のトルクが与えられる。

【0024】

（永久磁石の構成）
永久磁石１６は、金属焼結磁石であり、バインダー（結合材）を含まない磁石である。永久磁石１６の密度は、例えば、７．０ｇ／ｃｍ^３以上である。永久磁石１６の密度は、例えば、７．５ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。また、本実施形態では、永久磁石１６の磁束密度は、１．０Ｔ以上であることが好ましく、保磁力は、８００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。

【0025】

図２は、永久磁石１６を軸方向から見た図である。図２に示すように、本実施形態では、永久磁石１６は、ラジアル異方性を有しかつ周方向に多極着磁された、金属焼結磁石である。本発明者による研究の結果、永久磁石としてラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いることによって、永久磁石として等方性磁石を用いる場合に比べて、トルクの立ち上がり速度が速くなることが分かった。そこで、本実施形態では、永久磁石１６として、ラジアル異方性を有する金属焼結磁石が用いられる。なお、永久磁石がラジアル異方性を有しかつ周方向に多極着磁されているかどうかは、マグネットビュアーによって判定することができる。具体的には、永久磁石の端面上にマグネットビュアーを配置して着磁パターンを確認することによって判定することができる。

【0026】

本実施形態では、永久磁石１６として、例えば、希土類焼結磁石が用いられる。より具体的には、永久磁石１６として、例えば、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石が用いられる。図２に示すように、本実施形態では、永久磁石１６の極数は２０である。永久磁石１６の極数は、２０以上であることが好ましく、２２以上であることがより好ましい。

【0027】

永久磁石１６は、公知の製造方法を用いて製造できるので詳細な説明は省略するが、例えば、加圧焼結法を用いて製造することができる。本実施形態では、永久磁石１６は、例えば、ホットプレス法を用いて製造されたホットプレス磁石である。

【0028】

（変形例）
トルクリミッタの形状は上述の例に限定されず、本発明は、第１回転部と、第１回転部と同軸上において第１回転部に対して回転できるように第１回転部の外側に嵌められた第２回転部と、第１回転部および第２回転部のうちの一方に固定された永久磁石と、第１回転部の径方向において永久磁石に対向するように第１回転部および第２回転部のうちの他方に固定されたヒステリシス材とを備えた種々のトルクリミッタにおいて利用できる。

【0029】

したがって、例えば、第１回転部１２の外周面にヒステリシス材が固定され、ヒステリシス材の径方向外側に位置するように第２回転部１４の内周面に永久磁石が固定されてもよい。

【0030】

また、上述の実施形態では、第２回転部１４が一つの部材によって構成されているが、第２回転部が複数の部材によって構成されてもよい。例えば、第２回転部が軸方向に分離された第１部材および第２部材によって構成されており、第１部材と第２部材とを接続するようにヒステリシス材または永久磁石が第１部材および第２部材に固定されてもよい。

【0031】

また、上述の実施形態では、第２回転部１４およびキャップ２４はスリーブ２０，２２を介して第１回転部１２に回転可能に支持されているが、玉軸受等の他の軸受を介して第２回転部および／またはキャップが第１回転部に回転可能に支持されてもよい。また、スリーブおよび玉軸受等の軸受が設けられなくてもよい。すなわち、第２回転部および／またはキャップが第１回転部に対して摺動可能に設けられてもよい。

【0032】

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例0033】

（実施例１～９）
本発明者は、図１に示したトルクリミッタ１０と同様の構成を有する実施例１～９のトルクリミッタを作成した。なお、第１回転部１２は、アルミニウムによって構成し、第２回転部１４およびキャップ２４は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）によって構成し、スリーブ２０，２２は、ポリアセタール（ＰＯＭ）によって構成した。

【0034】

永久磁石１６としては、ラジアル異方性を有しかつ周方向に多極着磁された金属焼結磁石（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ焼結磁石）を用いた。本実施例では、永久磁石１６は、ホットプレス法によって製造されたホットプレス磁石である。実施例１～９のトルクリミッタの永久磁石１６の着磁電圧は、１７００Ｖまたは１１００Ｖとし、着磁極数は１８～３０とした。永久磁石１６の内径は１５．４ｍｍであり、外径は１８．６ｍｍであり、長さは１８．７ｍｍである。また、実施例１～９のトルクリミッタの永久磁石１６の密度は、７．５５ｇ／ｃｍ^３であった。

【0035】

ヒステリシス材１８は、半硬質磁性材料（Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃｏ系合金）に磁場処理を行うことにより製造した。ヒステリシス材１８の内径は１９．０８ｍｍであり、外径は１９．８８ｍｍであり、長さは１８ｍｍである。

【0036】

（比較例１～９）
永久磁石として、周方向に多極着磁された等方性ボンド磁石（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂボンド磁石）を用いた点を除いて、実施例１～９のトルクリミッタと同様の構成を有する比較例１～９のトルクリミッタを製造した。実施例１～９と同様に、比較例１～９のトルクリミッタの永久磁石の着磁電圧は、１７００Ｖまたは１１００Ｖとし、着磁極数は１８～３０とした。永久磁石の内径は１５．４ｍｍであり、外径は１８．６ｍｍであり、長さは１８．７ｍｍである。また、比較例１～９のトルクリミッタの永久磁石の密度は、６．０～６．３ｇ／ｃｍ^３であった。下記の表１に、実施例および比較例の各トルクリミッタの永久磁石の製造条件を示す。

【0037】

【表1】

【0038】

（評価１）
本発明者は、上記の構成を有する実施例１～３および比較例１～３のトルクリミッタについて、トルク値の立ち上がり性能を評価した。トルク値は、ＭＡＧＴＲＯＬ社製のトルクセンサー（ＴＳ１０３）を用いて測定した。具体的には、トルクリミッタの第２回転部１４を治具によって固定し、第１回転部１２をトルクセンサーのシャフトに固定した状態で、シャフトを２ｒｐｍの回転速度で回転させて、トルクリミッタに作用するトルクを測定した。図３～図５にトルク値の測定結果を示す。なお、図３には、実施例１および比較例１のトルクリミッタのトルク値を示し、図４には、実施例２および比較例２のトルクリミッタのトルク値を示し、図５には、実施例３および比較例３のトルクリミッタのトルク値を示している。図３～図５において、横軸は、測定開始後の第１回転部１２の回転角度を示し、縦軸は、トルクリミッタのトルク値（測定値）を示す。

【0039】

図３～図５に示すように、実施例１～３および比較例１～３の各トルクリミッタのトルク値は、回転角度が約４～８°の範囲において、最初のピーク値を示した。この最初のピーク値を示すまでのトルクの増加率（トルクのピーク値／ピーク値を示すまでの回転角度）をトルクの立ち上がり速度と定義した場合、いずれの着磁極数においても、実施例の立ち上がり速度が比較例の立ち上がり速度よりも大きくなった。この結果から、永久磁石として、ラジアル異方性を有しかつ周方向に多極着磁された金属焼結磁石を用いることによって、トルクの立ち上がり特性に優れたトルクリミッタが得られることが分かる。

【0040】

（評価２）
実施例４，５および比較例４，５のトルクリミッタについても、実施例１～３および比較例１～３のトルクリミッタと同様にトルク値を測定し、実施例１～５および比較例１～５のトルクリミッタのトルク値の最初のピーク値を比較した。比較結果を図６に示す。なお、図６において、横軸は、着磁極数を示し、縦軸は、トルクリミッタのトルク値の最初のピーク値を示す。

【0041】

図６に示すように、永久磁石としてラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いた場合（実施例１～５）と、永久磁石として等方性を有するボンド磁石を用いた場合（比較例１～５）とを比較すると、トルクリミッタのトルク値の最初のピーク値は、着磁極数が１８の場合に同等の値となり、着磁極数が２２以上の場合に差が生じた。この結果から、着磁極数が２０以上でかつラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いることによって、同じ着磁極数でかつ等方性を有するボンド磁石を用いる場合に比べて、トルクの低下を防止しつつ、トルクの立ち上がり特性を向上できると考えられる。また、着磁極数が２２以上でかつラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いることによって、同じ着磁極数でかつ等方性を有するボンド磁石を用いる場合に比べて、トルクリミッタのトルク値を確実に向上できることが分かる。

【0042】

（評価３）
実施例６～９および比較例６～９のトルクリミッタについても、実施例１～３および比較例１～３のトルクリミッタと同様にトルク値を測定し、トルク値の最初のピーク値を比較した。比較結果を図７に示す。なお、図７において、横軸は、着磁極数を示し、縦軸は、トルクリミッタのトルク値の最初のピーク値を示す。

【0043】

図７に示すように、着磁電圧が１１００Ｖの場合でも、図６に示した着磁電圧が１７００Ｖの場合と同様の結果が得られた。すなわち、永久磁石としてラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いた場合（実施例６～９）と、永久磁石として等方性を有するボンド磁石を用いた場合（比較例６～９）とを比較すると、トルクリミッタのトルク値の最初のピーク値は、着磁極数が１８の場合に同等の値となり、着磁極数が２２以上の場合に差が生じた。この結果から、着磁電圧に関係なく、着磁極数が２０以上でかつラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いることによって、同じ着磁極数でかつ等方性を有するボンド磁石を用いる場合に比べて、トルクの低下を防止しつつ、トルクの立ち上がり特性を向上できると考えられる。また、着磁極数が２２以上でかつラジアル異方性を有する金属焼結磁石を用いることによって、同じ着磁極数でかつ等方性を有するボンド磁石を用いる場合に比べて、トルクリミッタのトルク値を確実に向上できることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明によれば、トルクの立ち上がり特性に優れたトルクリミッタが得られる。

【符号の説明】

【0045】

１０ トルクリミッタ
１２ 第１回転部
１４ 第２回転部
１６ 永久磁石
１８ ヒステリシス材
２０，２２ スリーブ
２４ キャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】