(57)【特許請求の範囲】
【請求項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回転体と同軸上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、前記第１回転体の円筒状外周部および前記第２回転体の円筒状内周部のいずれか一方には永久磁石が、いずれか他方にはヒステリシス材が設けられるトルクリミッタであって、
前記永久磁石は、前記永久磁石の表面磁束密度とトルクリミッタのトルク値との関係を示す「磁束密度−トルク値曲線」において、比例関係から比例しない状態に変化する、変曲点よりも大きな磁束密度となるように着磁されている、トルクリミッタ。
【請求項２】
前記永久磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂボンド磁石である、請求項１に記載のトルクリミッタ。
【請求項３】
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回転体と同軸上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、前記第１回転体の円筒状外周部および前記第２回転体の円筒状内周部のいずれか一方には永久磁石が、いずれか他方にはヒステリシス材が設けられるトルクリミッタの永久磁石への着磁方法であって、
前記永久磁石の表面磁束密度とトルクリミッタのトルク値との関係を示す「磁束密度−トルク値曲線」において、比例関係から比例しない状態に変化する、変曲点よりも大きな磁束密度となるように前記永久磁石を着磁する、トルクリミッタの永久磁石への着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はトルクリミッタおよびトルクリミッタの永久磁石への着磁方法に関し、例えば、複写機、プリンター、ファクシミリ等の給紙分離装置に用いられるトルクリミッタおよびトルクリミッタの永久磁石への着磁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の永久磁石と円筒状のヒステリシス材とを同軸上に対向させ、両者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を行なうトルクリミッタが、たとえば特開２００８−２８１１１２号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８１１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているようなヒステリシストルクを利用したトルクリミッタは、使用中に８０℃〜１００℃程度まで発熱する。トルクリミッタは、発熱によってトルク値が低下するという問題があった。トルク値が低下すると、用紙を重送する原因になる。近年、複写機やプリンターの高速化に伴ない、発熱も大きくなりやすい。このため、トルク値の低下を抑制することが望まれる。
【０００５】
したがって、この発明の目的は使用中の発熱によってもトルク値が低下しにくいトルクリミッタおよびトルクリミッタの永久磁石への着磁方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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回転体と同軸上で互いに対して相対的に回転可能に設けられた第２回転体とを含む。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いずれか一方には永久磁石が、いずれか他方にはヒステリシス材が設けられる。トルクリミッタの永久磁石は、永久磁石の表面磁束密度とトルクリミッタのトルク値との関係を示す「磁束密度−トルク値曲線」において、表面磁束密度が変化してもトルク値が変化しない、変曲点よりも大きな磁束密度となるように着磁されている。
【０００７】
好ましくは、永久磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂボンド磁石である。
【０００８】
この発明の他の局面は、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回転体と同軸上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、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いずれか一方には永久磁石が、いずれか他方にはヒステリシス材が設けられるトルクリミッタの永久磁石への着磁方法である。着磁方法は、永久磁石の表面磁束密度とトルクリミッタのトルク値との関係を示す「磁束密度−トルク値曲線」において、表面磁束密度が変化してもトルク値が変化しない、変曲点よりも大きな磁束密度となるように着磁する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、永久磁石を、表面磁束密度が変化してもトルク値が変化しない変曲点よりも大きな磁束密度となるように予め着磁する。
【００１０】
したがって、発熱によりトルクリミッタの温度が上昇して永久磁石の磁力が低下しても、トルク値の低下を抑えることができる。
【００１１】
その結果、使用中の発熱によってもトルク値が低下しにくいトルクリミッタおよびトルクリミッタの永久磁石への着磁方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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２】トルクリミッタの表面磁束密度とトルク値との関係を示すグラフである。
【図３】永久磁石の着磁状態を示す図である。
【図４】磁束密度−トルク値曲線において変曲点を持つ設計と持たない設計とを比較したグラフである。
【図５】磁束密度−トルク値曲線において変曲点よりも高い磁束密度で着磁した場合と低い磁束密度で着磁した場合を比較したグラフである。
【図６】磁束密度−トルク値曲線において変曲点よりも高い磁束密度で着磁した場合と低い磁束密度で着磁した場合を比較したグラフである。
【図７】設定トルクを同じにして、変曲点よりも高い磁束密度で着磁した場合と低い磁束密度で着磁した場合を比較したグラフである。
【図８】全てのサンプルにおける、トルクリミッタの表面磁束密度とトルク値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の原理および実施の形態を、図面を参照して説明する。本件発明の発明者は、図１に示すようなトルクリミッタが発熱によってトルク値が低下する理由について調査するために実験を行なった。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ピン（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、ロータ軸１２と、ロータ軸１２の外周部にインサート成形等により設けられた円筒状の永久磁石１３とを含む。第２回転体２０は、ハウジング２１と蓋２２とを含み、ハウジング２１の内周であって永久磁石１３に対向する部分にはヒステリシス材２３が設けられている。
【００１４】
図２は、このようなトルクリミッタ１０の永久磁石の表面磁束密度（ｋＧ）とトルク値（ｇｆｃｍ）との関係を示すグラフである。なお、横軸の表面磁束密度は、永久磁石の着磁電圧を調節することにより変化させた。
【００１５】
発明者は実験において４つの異なる設計に基づいたトルクリミッタを準備した。それぞれを設計Ａ〜設計Ｄとする。
【００１６】
実験結果を図２に示す。図２は設計Ａ〜設計Ｄの永久磁石の表面磁束密度とトルク値との関係を示すグラフである。このうち、設計Ａは従来のトルクリミッタである。永久磁石の磁力は、温度の上昇するにつれて低下する。したがって、トルクリミッタにおいては温度が上がると永久磁石の表面磁束密度が低下する。すなわち、温度が上がると図２のグラフにおいて、矢印で示す方向に移動する。従来のトルクリミッタ（設計Ａ）は温度が上昇すると永久磁石の表面磁束密度がそれに比例して低下し、それによってトルク値が比例して低下していることが分かった。
【００１７】
これに対して、永久磁石の表面磁束密度の異なる設計Ｂに示す例では、永久磁石の表面磁束密度が１．８ｋＧ〜３．２ｋＧ程度までは、磁束密度に比例してトルク値が比例して変化しているが、それ以上の磁束密度においては、トルク値が変化していない。
【００１８】
設計Ｃに示す例では、永久磁石の表面磁束密度が１．７ｋＧ〜２．３ｋＧ程度までは、磁束密度に比例してトルク値が比例して変化しているが、それ以上の磁束密度においては、トルク値が変化していない。
【００１９】
設計Ｄに示す例では、永久磁石の表面磁束密度が１．８ｋＧ〜３．３ｋＧ程度までは、磁束密度に比例してトルク値が比例して変化しているが、それ以上の磁束密度においては、トルク値が変化していない。
【００２０】
この実験から、発明者は永久磁石の表面磁束密度を大きくするに従ってトルクリミッタの初期トルク値は大きくなるが、ある点を境にして表面磁束密度が大きくなっても初期トルク値が大きくならないということを発見した。
【００２１】
以下の説明においては、永久磁石の表面磁束密度とトルク値との関係が比例関係から比例しない（表面磁束密度が変化してもトルク値が変化しない）状態に変化する点を変曲点という。
【００２２】
このことは、トルクリミッタを永久磁石の表面磁束密度が変曲点以上の状態で使用すれば温度が上昇してもトルク値が変化しないということを意味する。
【００２３】
そこで、発明者は、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回転体と同軸上で互いに対して相対的に回転可能に設けられた第２回転体とからなるトルクリミッタにおいて、永久磁石の表面磁束密度とトルクリミッタのトルク値との関係を示す「磁束密度−トルク値曲線」における変曲点よりも大きな磁束密度となるように永久磁石を着磁するようにした。
【００２４】
以下、具体的に説明する。表１は発明者が行なった実験データを示す。表１を参照して、この実験では基本的に設計Ａ〜設計Ｄの４種類のトルクリミッタを用いて実験した。また、設計ＢおよびＤについてはそれぞれの永久磁石の表面磁束密度を変化させた２種類のトルクリミッタを準備した。このうち、設計Ａは上記したように従来のトルクリミッタである。
【００２５】
表１を参照して、それぞれの設計に対して同じ名前のサンプルを用意した。また、表において、←は、左欄の値と同じであることを意味する。
【００２６】
また、表１において、サンプルＢ，ＣおよびＤが実施例に対応し、サンプルＡ，Ｂ‘およびサンプルＤ’が比較例に対応する。
【００２７】
図１において、ヒステリシス材外径はａ１で示す寸法であり、ヒステリシス材厚さはａ２で示す値であり、ヒステリシス材幅はａ３で示す寸法であり、永久磁石外径はｂ１で示す寸法であり、永久磁石厚さはｂ２で示す寸法であり、永久磁石幅はｂ３で示す寸法であり、間隙はヒステリシス材の外径寸法と永久磁石の外径寸法との差であり、ｃ１で示す寸法であり、ヒステリシス材と永久磁石との外径間寸法は、ヒステリシス材の厚さａ２と間隙ｃ１との和で表される寸法である。
【００２８】
着磁極数は、図３において、ＮＳの対の数で表され、着磁ピッチは図３において距離ｄで表される寸法である。
【００２９】
【表１】
0005948012.tif 000002
【００３０】
表面磁束密度は永久磁石表面における磁束密度である。トルク初期値はトルクリミッタとして作動するときの初期のトルク値であり、トルク安定値は温度が８０°のときのトルク値であり、トルク低下量はトルク初期値からトルク安定値までのトルク値の変化値を示す値であり、トルク低下率はトルク値の変化値をトルク初期値で除した値である。なお、この値は、後に説明する図４に示した、トルクリミッタを連続稼動したときのデータを用いている。
【００３１】
なお、ここでトルクリミッタに用いた永久磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂボンド磁石であり、ヒステリシス材はＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ半硬質磁性体である。
【００３２】
次に、トルクリミッタを連続稼動したときのトルク値の変化について説明する。
【００３３】
図４はトルクリミッタを６０分間連続稼動したときのトルク値の変化を示すグラフである。稼動開始時のトルクリミッタの表面温度は２０°であり、稼働中に８０°まで上昇した。
【００３４】
図４では「磁束密度−トルク値曲線」における変曲点を持つサンプルと持たないサンプルを比較した。ここでは、サンプルＡとサンプルＣとを用いている。図４（Ａ）はトルク値の変化の実測値であり図４（Ｂ）は時間０のトルク値を基準（１００％）としたときの、トルク値の変化を％で表したグラフである。
【００３５】
図４（Ａ）および（Ｂ）から明らかなように、実施例であるサンプルＣは稼動開始後１０分程度でトルク値の変動は収まり、６０分経過しても９８．５％以上のトルク値を維持している。しかしながら、従来のサンプルＡは稼動後１０分以内にトルク値が大きく低下し、約６％低下することが分かる。
【００３６】
以上から、変曲点よりも大きな磁束密度となるように永久磁石を着磁した実施例に対応するサンプルＣは時間が経過しても高いトルク値を維持できるとともに、時間によるトルク値の低下を防ぐことができることが分かる。
【００３７】
次に、変曲点よりも高い磁束密度で着磁した場合と低い磁束密度で着磁した場合のトルクリミッタを連続稼動したときのトルク値の変化について説明する。
【００３８】
図５はこの場合のトルクリミッタを６０分間連続稼動したときのトルク値の変化を示すグラフである。稼動開始時のトルクリミッタの表面温度は２０°であり、稼働中に８０°まで上昇した。
【００３９】
ここでは、サンプルＢとサンプルＢ‘のトルクリミッタを比較した。図５（Ａ）はトルク値の変化の実測値であり図５（Ｂ）は時間０のトルク値を基準（１００％）としたときの、トルク値の変化を％で表したグラフである。
【００４０】
図５（Ａ）および（Ｂ）から明らかなように、実施例であるサンプルＢは稼動開始後１０分程度でトルク値の変動は収まり、６０分経過しても９７％以上のトルク値を維持している。しかしながら、比較例であるサンプルＢ‘は稼動当初からトルク値がサンプルＢに比べて２００ｇｆｃｍ（約２０％）程度低く、稼動後２０分程度でトルク値が４％以上低下し、６０分経過後もトルク値が低下しつつあることが分かる。
【００４１】
以上から、変曲点よりも大きな磁束密度となるように永久磁石を着磁した実施例に対応するサンプルＢは時間が経過しても高いトルク値を維持できるとともに、時間によるトルク値の低下を防ぐことができるが、変曲点よりも低い磁束密度で永久磁石を着磁したサンプルＢ‘では時間が経過すると大きくトルク値が低下することが分かる。
【００４２】
図６はサンプルＤとサンプルＤ‘のトルクリミッタを６０分間連続稼動したときのトルク値の変化を示すグラフである。図６（Ａ）はトルク値の変化の実測値であり図６（Ｂ）は時間０のトルク値を基準（１００％）としたときの、トルク値の変化を％で表したグラフである。
【００４３】
図６（Ａ）および（Ｂ）から明らかなように、実施例であるサンプルＤは稼動開始後２０分程度でトルク値の変動は収まり、６０分経過しても９７．５％以上のトルク値を維持している。しかしながら、比較例であるサンプルＤ‘はサンプルＤと比べて、当初から２５０ｇｆｃｍ（約２０％）低いトルク値しか有さず、稼動後２０分程度でトルク値が４％以上低下し、６０分経過後もトルク値が低下しつつあることが分かる。
【００４４】
以上から、変曲点よりも大きな磁束密度となるように永久磁石を着磁した実施例に対応するサンプルＤは時間が経過しても高いトルク値を維持できるとともに、時間によるトルク値の低下を防ぐことができるが、変曲点よりも低い磁束密度で永久磁石を着磁したサンプルＤ‘では時間が経過すると大きくトルク値が低下することが分かる。
【００４５】
次に、設定トルクを同じにして、変曲点よりも高い磁束密度で着磁した場合と低い磁束密度で着磁した場合の比較について説明する。
【００４６】
図７はこの場合のトルクリミッタを６０分間連続稼動したときのトルク値の変化を示すグラフである。稼動開始時のトルクリミッタの表面温度は２０°であり、稼働中に８０°まで上昇した。
【００４７】
ここでは、サンプルＢとサンプルＤ‘とを用いた。サンプルＢのトルク初期値は９１２ｇｆｃｍであり、サンプルＤ‘のトルク初期値は８９２ｇｆｃｍである。図７（Ａ）はトルク値の変化の実測値であり図７（Ｂ）は時間０のトルク値を基準（１００％）としたときの、トルク値の変化を％で表したグラフである。
【００４８】
図７（Ａ）および（Ｂ）から明らかなように、実施例であるサンプルＢは稼動開始後２０分程度でトルク値の変動は収まり、６０分経過しても９７％以上のトルク値を維持している。しかしながら、比較例であるサンプルＤ‘はサンプルＢと当初はほぼ同じトルク値を有しているが、稼動後２０分程度でトルク値が５％以上低下し、６０分経過後もトルク値が低下しつつあることが分かる。
【００４９】
以上から、設定トルクが同じであっても、変曲点よりも大きな磁束密度となるように永久磁石を着磁した実施例に対応するサンプルＢは時間が経過しても高いトルク値を維持できるとともに、時間によるトルク値の低下を防ぐことができるが、変曲点よりも低い磁束密度で永久磁石を着磁したサンプルＤ‘では時間が経過すると大きくトルク値が低下することが分かる。
【００５０】
図８は上記した図５〜図７に示したサンプルＡ〜Ｄ、および、サンプルＢ‘，Ｄ’を全て含めた場合のトルクリミッタを６０分間連続稼動したときのトルク値の変化を示すグラフである。図８（Ａ）はトルク値の変化の実測値であり図８（Ｂ）は時間０のトルク値を基準（１００％）としたときの、トルク値の変化を％で表したグラフである。
【００５１】
図８（Ａ）および（Ｂ）から明らかなように、実施例であるサンプルＢ〜Ｄは、比較例であるサンプルＡ，Ｂ‘，Ｄ’と比べて稼動開始後２０分程度でトルク値の変動は収まり、６０分経過しても９７％以上のトルク値を維持している。しかしながら、比較例であるサンプルＡ，Ｂ‘、Ｄ‘はこれらに比べてトルク値の低下の程度が高く、６０分経過後もトルク値が低下しつつあることが分かる。
【００５２】
以上から、変曲点よりも大きな磁束密度となるように永久磁石を着磁した実施例に対応するサンプルは時間が経過しても高いトルク値を維持できるとともに、時間によるトルク値の低下を防ぐことができるが、変曲点よりも低い磁束密度で永久磁石を着磁した比較例に対応するサンプルは時間が経過すると大きくトルク値が低下することが分かる。
【００５３】
また、サンプルＣの方がサンプルＢやＤよりも時間の経過によるトルク値の低下が低いことから、着磁極数は少ない（逆にいうと、着磁ピッチが長い）方が時間の経過によるトルク値の低下が低いということが分かる。
【００５４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明に係るトルクリミッタは、使用中の発熱によってもトルク値が低下しにくいため、トルクリミッタとして有利に使用される。
【符号の説明】
【００５６】
１０  トルクリミッタ、１１  第１回転体、１２  ロータ軸、１３  永久磁石、２０  第２回転体、２１  ハウジング、２２  蓋、２３  ヒステリシス材。
【図１】
0005948012.tif 000003
【図２】
0005948012.tif 000004
【図３】
0005948012.tif 000005
【図４】
0005948012.tif 000006
【図５】
0005948012.tif 000007
【図６】
0005948012.tif 000008
【図７】
0005948012.tif 000009
【図８】
0005948012.tif 000010