JP2007263217A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】摺動面の潤滑油不足がなく、使用可能温度範囲が広く、異音特性、耐摩耗性および耐久性に優れるトルクリミッタを提供する。
【解決手段】内輪１の外側に外輪２を回転自在に設け、その両輪間に組込まれたコイルばね３に内輪１の外径面を締付ける小径コイル部３ａを設け、そのコイルばね３の両端に形成された折曲片の一方４ａを外輪２に連結し、他方の折曲片４ｂを外輪２の開口端部に回転可能に圧入した調整リング５に連結したトルクリミッタであって、内輪１は焼結金属体であり、該内輪１に混和ちょう度 400 以上の液状のグリースを含浸してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は回転トルクの伝達と遮断とを行なうトルクリミッタに関する。

事務機等に使用されるトルクリミッタは、ばねの内輪に対するラジアル方向の緊縛力を利用したもの、摩擦をばねで摩擦板にスラスト方向に押し当ててすりあわせてトルクを発生させるものがあるが、いずれも摩擦力によりトルクを発生させる機構を有する。
トルクリミッタの内輪と、ばねまたは摩擦板、摩擦板と摩擦板間との摩耗、異常発熱、焼付き異音等を防止するために潤滑油や潤滑グリース等の潤滑剤が用いられている。また、トルクリミッタの内輪は金属の焼結体となっており、潤滑剤を含浸させて使用する潤滑機構となっている。トルクリミッタに必要とされる性能は、内輪とコイルばねとの摺動が適切に行なわれる潤滑性の確保であり、いかに長期間に渡って油膜が確保・維持され、金属接触を抑制し、摩擦係数を安定化できるかによりトルクリミッタの性能が左右される。特に、複写機、プリンタ等の紙送り装置やリボン・シート等のテンション機構に使用されるトルクリミッタには、トルクの変動が極めて少なく、かつ金属接触音を発生しない潤滑剤が要望されている。
従来、トルクの変動が少なく、油膜切れによる金属接触を抑制することによりトルクリミッタの長寿命化を可能とし、かつ耐樹脂性に優れたトルクリミッタ用潤滑油または潤滑グリースとして、基油が、合成飽和炭化水素油であり、かつ、潤滑油全量に対し、脂肪族系のリン酸エステルおよび亜リン酸エステルから選択される少なくとも１種のリン酸系エステルを 1 重量％〜8 重量％配合してなるトルクリミッタ用潤滑油または潤滑グリースが知られている（特許文献１参照）。

トルクリミッタにおいて内輪とコイルばねとの摺動が適正に行なわれるには、摺動界面における潤滑油や潤滑グリースによる潤滑作用の存在が不可欠である。通常の内径摺動の含油軸受では、図５に示すように、軸が回転することによりポンプ作用および発熱の効果で、内部に含浸されている潤滑油が内径面に染み出し、潤滑作用を果たす。すなわち軸が回転することにより、軸受内部の油が吸い出され、油圧の低い上の部分から高い油圧を受ける摺動部に向かって油が流れる。この油の流れによって生じる油のくさびが軸受の底面から軸を持ち上げて、金属同士の接触を防止する働きをしている。また軸は、入り込む油の流れによって、回転方向に片寄せられ、軸受内径面での油圧分布は図５のようになる。

しかしながら、トルクリミッタの場合、トルクリミッタの断面図として、コイルばね３と内輪１とを示した図３のＢ部を拡大した図４に示すように、円周上で見ればコイルばね３と接している部分と接していない部分とがある。ａ部のようにコイルばね３と接していない部分では圧力の変化がなく、潤滑剤が染み出す要素がない。ｂ部のようにコイルばね３と接する周辺では、局部的に見れば圧力の差が発生するものの、含油軸受けの場合と比較して、その効果は微々たるものと考えられる。このようにトルクリミッタでは、内輪１内部の潤滑剤が染み出しにくい構造となっているため潤滑剤の染み出しが起こりにくく、特に運転初期において摺動面の潤滑剤不足が起こりやすい。
また、潤滑剤として潤滑油を用いる場合、飛散、蒸発が起こりやすく、周囲の温度変化によって染み出し状態が変動しやすい。その結果、異音の発生、摩耗の促進などが起こりやすいという問題がある。
一方、潤滑剤として潤滑グリース（混和ちょう度 400 未満）を用いる場合では、潤滑油と比較して、飛散や蒸発等が起こりにくいものの、組み立て後になじみ運転が必要となることや、グリース封入の際に余分なグリースがあふれるなどして取り扱いが不便であること等のデメリットがある。
特開２００２−２４９７９４号公報

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、摺動面の潤滑油不足がなく、使用可能温度範囲が広く、異音特性、耐摩耗性および耐久性に優れるトルクリミッタの提供を目的とする。

本発明のトルクリミッタは、外部部材の内部に内輪を嵌合し、該内輪と上記外部部材との間にトルク伝達部材を介在し、上記内輪外径面と上記外部部材との相対回転時に上記内輪と上記トルク伝達部材との間の摩擦により所定のトルクを生じさせるようにしたトルクリミッタであって、上記内輪は焼結金属体からなり、該内輪に混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸したことを特徴とする。
本発明における混和ちょう度は、ＪＩＳ Ｋ２２２０で規定される方法により測定した 25℃における 60 回混和ちょう度である。

上記内輪は、外径面の表面開孔率が 20％〜35％ であることを特徴とする。
本発明において表面開孔率とは、内輪外径面の単位面積内に占める表面開孔（焼結金属体の細孔が外表面に開口した部分）の面積割合をいう。

上記液状のグリースは、合成炭化水素油を基油とし、増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％含有することを特徴とする。
また、上記液状のグリースの増ちょう剤は、金属石けんまたはウレア化合物であることを特徴とする。

本発明のトルクリミッタは、焼結金属体である内輪に、混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸してなるので、該液状のグリースは、増ちょう剤の効果により内輪外径面に付着しやすく、液状のグリースが内輪外径面に常に存在する状態が得られ、コイルばねと内輪との間で良好な摺動が得られる。加えて、混和ちょう度 400 以上の液状のグリースであるため、なじみ運転等が不要であるとともに、トルクの変動を抑制できる。また、周囲の温度変化にかかわらず、内輪外径面に液状のグリースが常に存在するので、異音発生の防止、摩耗の抑止が期待できる。
また、内輪外径面の表面開孔率が 20％〜35％ であるので、内輪外径面に保持された液状のグリースに加え、内輪から液状のグリースが染み出し、長時間運転した場合でも、異音発生の防止、摩耗の抑止が期待できる。

本発明の一実施例に係るトルクリミッタを図１〜図３に基づいて説明する。図１はトルクリミッタの断面図である。図２はトルクリミッタを構成するコイルばねと内輪を示す斜視図である。図３は図２のＡ−Ａ線の拡大断面を示す図である。
トルクリミッタの内輪とばねまたは摩擦板、摩擦板と摩擦板間の摩耗、異常発熱、焼付き異音等を防止するために上述した潤滑油または潤滑グリースが用いられている。図１に示すトルクリミッタは、コイルばね３の内輪１に対する緊縛力によりトルクを発生させる摩擦式トルクリミッタである。
図１〜図３に示すトルクリミッタは、内輪１とその外側に回転自在に設けられた外輪２との間にコイルばね３を組込み、そのコイルばね３に内輪１の外径面を締付ける小径コイル部３ａを設け、上記コイルばね３の両端に形成された折曲片４ａ、４ｂの一方４ａを外輪２の閉塞端に連結し、他方の折曲片４ｂを外輪２の開口端部に回転可能に圧入した調整リング５に連結している。

上記トルクリミッタにおいては、調整リング５側から見て、内輪１をコイルばね３の巻方向と逆方向に回転させると、内輪１との接触によってコイルばね３の小径コイル部３ａに拡径方向の力が作用するが、上記小径コイル部３ａの折曲片４が外輪２に連結されているため、小径コイル部３ａは縮径し、内輪１を締付ける。このため、内輪１の回転はコイルばね３を介して外輪２に伝達され、外輪２が内輪１と同方向に回転する。外輪２の負荷が増し、コイルばね３の小径コイル部３ａが内輪１を締付ける緊縛力が小径コイル部３ａと内輪１の接触部における摩擦力より小さくなると、内輪１と小径コイル部３ａとの間で滑りが生じ、外輪２への回転トルクの伝達が遮断される。

また、内輪１をコイルばね３の巻方向に回転させると、コイルばね３の小径コイル部３ａが上記と逆に拡径され、内輪１と小径コイル部３との間で滑りが生じ、外輪２への回転トルクの伝達は遮断される。

上記トルクリミッタにおいては、部品点数が少なく、組立てが容易であって製造コストが安く、しかも、外輪２に対して調整リング５を回転させると、コイルばね３の小径コイル部３ａの内径が変化して緊縛力が変わるため、内輪１から外輪２への伝達可能なトルクの大きさを調整することができる。
上記トルクリミッタにおいては、トルク伝達の遮断時、内輪１は小径コイル部３ａと接触回転するため、内輪１と小径コイル部３ａとの接触部に摩耗が生じ易く、その摩耗を防止するため、内輪１は焼結金属体で作製され、混和ちょう度 400 以上である液状のグリースが含浸されている。

本発明のトルクリミッタに用いられる内輪１は焼結金属体であり、内部に焼結粒子間に形成される気孔を有し、この気孔内に液状のグリースが含浸される。内輪１の製造工程は、まず、銅や鉄等の金属粉末とグラファイト等の添加材とを混合し、この混合物を金型に充填して内輪形状に圧縮成形する。そして、この成形物を焼結してサイジングを行なった後、真空含浸により液状のグリースを含浸する。含浸後、油切りを行ない、内輪外径面に液状のグリースが薄く均一に付着した状態とする。なお、焼結状態によっては、サイジングと含油処理の間に、硬化のための熱処理とそれによって生じるスケールを取り除くバレル処理を行なうこともできる。

トルクリミッタにおいては含浸された液状のグリースは、上述したとおりポンプ作用が発生しないため、液状のグリースの染み出しが起こりにくい。したがって、液状のグリースの染み出しを的確に行なわせるため外径面の表面開孔率を適切に設定する必要がある。
本発明のトルクリミッタに用いられる内輪外径面の表面開孔率は 20％〜35％であることが好ましい。表面開孔率が 20％より小さい場合、焼結金属内部に含浸されている液状のグリースが内輪表面に染み出しにくいため、表面に保持されている液状のグリースでのみ潤滑が行なわれることになる。また、表面開孔率が 35％より大きい場合、焼結金属内部に含浸されている液状のグリースの飛散や蒸発が起きやすく、長時間運転した場合など内輪表面の液状のグリースが不足して、異音・摩耗などの異常が発生する可能性がある。
表面開孔率は粉末の粒子径および圧粉体の密度で調整することができる。本発明においては粒子径 100 メッシュ以下の金属粉を使用し、圧粉密度は 6.4〜7.2 g/cm³の範囲で成形することによって表面開孔率を上記範囲に調整することができる。また、焼結後に、サイジングやコイニング、バレル処理を施すことにより、表面開孔率を微調整することもできる。

本発明のトルクリミッタの外部部材である外輪は、加工性の良いポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリアセタール樹脂などの樹脂で形成される。これらの中では、耐油性に優れることから、ポリアセタール樹脂を用いることが好ましい。

本発明において液状のグリースに用いる基油としては、一般的に使用されている基油であれば制限なく使用できる。例えば、ナフテン系、パラフィン系、流動パラフィン、水素化脱ろう油などの鉱油、ポリアルキレングリコールなどのポリグリコール油、アルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテルなどのエーテル系合成油、ジエステル油、ポリオールエステル油などのエステル系合成油、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサンなどのシリコーン油、ＧＴＬ基油、ポリ-α-オレフィン油等の炭化水素系合成油、フッ素油等の基油が挙げられる。
これらの中で、樹脂に対する攻撃性が少ないことから合成炭化水素油を使用することが好ましい。

本発明において液状のグリースに用いる増ちょう剤は、一般的に使用されている増ちょう剤であれば特に制限なく使用することができる。例えば、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の金属石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物が挙げられる。
これらの中で比較的安価であり、広い温度範囲で使用できることからリチウム石けんまたはウレア化合物を使用することが好ましい。

本発明において上記増ちょう剤の配合割合は、得られるグリースの混和ちょう度が 400 以上となる割合で配合する。具体的には、増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％配合することが好ましい。
混和ちょう度 400 以上である液状のグリースは、潤滑油の長所である流動性および潤滑性と、グリースの長所である保持性および非蒸発性とを合わせ持っている。これに対して、潤滑油は、良好な流動性を有し潤滑性に優れているが、遠心力による飛散および蒸発を生じやすい。一方、通常のグリース（混和ちょう度 400 未満）は、保持力があって飛散しにくいが、流動性が悪く負荷が大きくなる欠点がある。
本発明のトルクリミッタは、この液状のグリースを含浸してなるので、グリース的な特性から、グリースの飛散、蒸発が起こりにくく内輪外径面に常に存在する状態が得られ、かつ、潤滑油的な特性から、良好な潤滑性と適度な流動性等が得られる。この結果、なじみ運転等が不要でトルクの変動を抑制でき、長期間にわたり、異音発生の防止、摩耗の抑止が期待できる。

本発明のトルクリミッタは液状のグリースが内輪外径面の表面に常に存在し、コイルばねと内輪との間で長期間良好な摺動が得られるので、事務用機械はじめ各種産業機械に用いられるトルクリミッタとして好適に利用できる。

本発明の一実施例に係るトルクリミッタの断面図である。 トルクリミッタを構成するコイルばねと内輪を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ線の拡大断面を示す図である。 図３のＢ部を拡大した図である。 含油軸受におけるポンプ作用のメカニズムを示す図である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ コイルばね
３ａ 小径段部
４ａ 折曲片（外輪閉塞端側）
４ｂ 折曲片（外輪開口端側）
５ 調整リング

Claims (4)

1. 外部部材の内部に内輪を嵌合し、該内輪と前記外部部材との間にトルク伝達部材を介在し、前記内輪と前記外部部材との相対回転時に前記内輪外径面と前記トルク伝達部材との間の摩擦により所定のトルクを生じさせるようにしたトルクリミッタであって、
   前記内輪は焼結金属体からなり、該内輪に混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸したことを特徴とするトルクリミッタ。
2. 前記内輪は、外径面の表面開孔率が 20％〜35％ であることを特徴とする請求項１記載のトルクリミッタ。
3. 前記液状のグリースは、合成炭化水素油を基油とし、増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％含有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のトルクリミッタ。
4. 前記液状のグリースの増ちょう剤は、金属石けんまたはウレア化合物であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のトルクリミッタ。

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