(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属よりなる内輪部材と、前記内輪部材の外面との間で摩擦力を生じるように設けられたコイルバネと、前記内輪部材の外側に設けられ内周面で前記コイルバネの端部を係止するとともに前記内輪部材を支持する外輪部材とを備えたトルクリミッタであって、
前記内輪部材は、前段部の外径が後段部の外径より小さい２段円筒形状で前記後段部の端部がラッパ状に形成され、
前記コイルバネは、前記内輪部材の前記前段部の外面に接触して設けられ、かつ、その接触面が、４０℃のときの基油動粘度が２５ｃｓｔ以上かつ９０ｃｓｔ以下の直鎖系フッ素グリスにより潤滑され、
前記外輪部材は、内周面で前記内輪部材の前記前段部及び前記後段部を支持するとともに、前記内輪部材のラッパ状の最大径部分と嵌合して前記内輪部材を支持する嵌合爪を有していることを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項２】
前記コイルバネは、らせん状のピアノ線からなる請求項１記載のトルクリミッタ。
【請求項３】
前記内輪部材は、シャフトが貫通する貫通孔と、そのシャフトを係止する係合穴を有している請求項１または請求項２に記載のトルクリミッタ。
【請求項４】
前記内輪部材が金属をプレス成形して形成される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のトルクリミッタの製造方法。
【請求項５】
前記内輪部材が金属をプレス成形して形成され、ピアノ線を巻回して成形された前記コイルばねが、熱処理後にバレル研磨を施され、前記内輪部材の前記前段部の外面に接触して設けられる請求項２または請求項３に記載のトルクリミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定値以下のトルクは伝達し、所定値を超えるトルクの伝達は遮断するトルクリミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
トルクリミッタには、機械的な摩擦によって回転トルクが得られる接触式のものがあり、接触式のトルクリミッタは、一般に、内輪部材、コイルバネ、外輪部材、シーリング部材の４部品で構成されている（特許文献１参照）。そして、内輪部材の外周にコイルバネを締まり嵌めして外輪部材に固定し、内輪部材とコイルバネとの機械的な摩擦によって所定値の回転トルクが得られるようにしている。また、通常、内輪部材は金属で形成されているが、樹脂で形成したトルクリミッタもある（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１０７３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−９７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属の内輪部材を用いたトルクリミッタでは、通常、鉄系焼結合金で内輪部材を形成しているので、コストが高く、成形上、ある程度の肉厚を必要とするため小型化（小径化）が難しい。一方、樹脂の内輪部材を用いたトルクリミッタでは、耐摩耗性を維持するために、ＰＰＳ樹脂にカーボン（炭素繊維）を多量に添加したグレードの樹脂を使用する必要があり、コストアップに繋がる。【０００５】
そこで、本出願人は、金属をプレス成形して内輪部材を形成し、内輪部材の外面との間で摩擦力を生じるようコイルバネを設け、内輪部材の外側に外輪部材を設け、外輪部材の内周面でコイルバネの端部を係止するとともに内輪部材を支持するトルクリミッタを開発し、特願２０１３−１２８１３として特許出願した。  このトルクリミッタは、安価で内輪部材の小径化を図ることができるものであるが、さらに、内輪部材とコイルバネとの耐摩耗性を改善して耐久性の向上を図り、トルク変動も低減したいという要請がある。【０００６】
本発明の目的は、内輪部材の耐久性の向上を図り、さらにトルク変動の低減も図ることができるトルクリミッタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、
「金属よりなる内輪部材と、前記内輪部材の外面との間で摩擦力を生じるように設けられたコイルバネと、前記内輪部材の外側に設けられ内周面で前記コイルバネの端部を係止するとともに前記内輪部材を支持する外輪部材とを備えたトルクリミッタであって、
前記内輪部材は、前段部の外径が後段部の外径より小さい２段円筒形状で前記後段部の端部がラッパ状に形成され、
前記コイルバネは、前記内輪部材の前記前段部の外面に接触して設けられ、かつ、その接触面が、４０℃のときの基油動粘度が２５ｃｓｔ以上かつ９０ｃｓｔ以下の直鎖系フッ素グリスにより潤滑され、
前記外輪部材は、内周面で前記内輪部材の前記前段部及び前記後段部を支持するとともに、前記内輪部材のラッパ状の最大径部分と嵌合して前記内輪部材を支持する嵌合爪を有している」
ことを特徴とするトルクリミッタ、となっている。
【０００８】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１のトルクリミッタにおいて、「前記コイルバネは、らせん状のピアノ線からなる」ようにしたものである。また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２のトルクリミッタにおいて、「前記内輪部材は、シャフトが貫通する貫通孔と、そのシャフトを係止する係合穴を有している」ようにしたものである。
【０００９】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のトルクリミッタの製造方法であって、前記内輪部材が金属をプレス成形して形成されることを特徴とする。また、請求項５に係る発明は、請求項２または請求項３に記載のトルクリミッタの製造方法であって、「前記内輪部材が金属をプレス成形して形成され、ピアノ線を巻回して成形された前記コイルばねが、熱処理後にバレル研磨を施され、前記内輪部材の前記前段部の外面に接触して設けられる」ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内輪部材の外面とコイルバネとの接触面は、４０℃のときの基油動粘度が２５ｃｓｔ以上かつ９０ｃｓｔ以下の直鎖系フッ素グリスにより潤滑されているので、内輪部材がプレス成形等で形成された金属よりなるものであっても、内輪部材とコイルバネとの耐摩耗性を改善でき内輪部材の耐久性を向上できる。
また、内輪部材は、前段部の外径が後段部の外径より小さい２段円筒形状であり、後段部の端部がラッパ状に形成される。そして、外輪部材は、その内周面で内輪部材の２段円筒形状の前段部及び後段部を支持するとともに内輪部材のラッパ状の最大径部分と嵌合して内輪部材を外輪部材の内周面の２箇所で支持できるので、内輪部材を安定して支持できシールド部材が不要となる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項４に係る製造方法によると、前段部の外径が後段部の外径より小さい２段円筒形状の内輪部材を、２段階絞りのプレス成形により低価格でかつ容易に形成できる。請求項５に係る製造方法によると、コイルバネはピアノ線を巻回して成形し、熱処理後にバレル研磨を施して形成するので、トルク変動の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るトルクリミッタの断面図。
【図２】本発明の実施形態に係るトルクリミッタの左側面図。
【図３】本発明の実施形態に係るトルクリミッタの右側面図。
【図４】本発明の実施形態に係るトルクリミッタの内輪部材の斜視図。
【図５】本発明の実施形態に係るトルクリミッタの内輪部材を外輪部材に嵌合させた状態の斜視図。
【図６】潤滑油をパラメータとした内輪部材の耐久性と潤滑油の基油動粘度との関係を示すグラフ。
【図７】コイルバネにより内輪部材に生じるトルク値と使用のサイクル数との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るトルクリミッタの断面図である。図１において、本発明の実施形態に係るトルクリミッタは、内輪部材１１、コイルバネ１２、外輪部材１３からなる。内輪部材１１は、金属をプレス成形して前段部１４の外径が後段部１５の外径より小さい２段階絞り形状に形成され、２段円筒形状をなしている。また、後段部１５の端部はラッパ状に形成され、ラッパ状に広がったラッパ状部１６を有している。
【００１４】
また、内輪部材１１の前段部１４及び後段部１５は円筒状に形成され、不図示のシャフトを貫通させるための貫通孔１７及びシャフトの係合片と係合する係合穴１８を有している。シャフトが貫通孔１７に挿入されたとき、シャフトの係合片が係合穴１８に係合し、シャフトの回転が内輪部材１１に伝達されるように構成されている。コイルバネ１２は、内輪部材１１の外面との間で摩擦力を生じるように設けられる。すなわち、内輪部材１１の外径が小さい前段部１４の外面に接して設けられ、コイルバネ１２の端部は外輪部材１３の内周面の係止部１９で外輪部材１３に係止される。
【００１５】
内輪部材１１の外面とコイルバネ１２との接触面には、その接触面を潤滑させるための潤滑油が塗布される。この潤滑油は、基油動粘度が所定値以下の直鎖系フッ素グリスであり、これにより、内輪部材１１とコイルバネ１２との耐摩耗性を改善し内輪部材の耐久性を向上できるようにしている。潤滑油による内輪部材１１の耐摩耗性については後述する。また、コイルバネ１２は、ピアノ線を巻回してらせん状に成形され、熱処理後にバレル研磨を施して形成される。これにより、コイルバネ１２により内輪部材１１に生じるトルク変動の低減を図るようにしている。コイルバネ１２により内輪部材１１に生じるトルク変動の低減については後述する。
【００１６】
外輪部材１３は内輪部材１１の外側にコイルバネ１２を覆うように設けられ、前述したように、外輪部材１３の内周面の係止部１９でコイルバネ１２の端部を係止する。また、外輪部材１３の内周面と内輪部材１１の前段部１４の一部とが接して第１支持面２０となり、外輪部材１３の内周面と内輪部材１１の後段部１５の一部とが接して第２支持面２１となる。これにより、外輪部材１３は第１支持面２０と第２支持面２１との２箇所で内輪部材１１を支持することになり、外輪部材１３は内輪部材１１を安定して支持できる。
【００１７】
また、外輪部材１３は内輪部材１１のラッパ状部１６の最大径部分と嵌合して内輪部材１１を支持する嵌合爪２２を有している。このように、内輪部材１１のラッパ状部１６の最大径部分を嵌合爪２２により外輪部材１３に支持するのでシールド部材が不要になる。
【００１８】
また、外輪部材１３には、外輪部材１３を固定するための固定部２３が設けられており、この固定部２３は、トルクリミッタが装着される機器、例えば、プリンタや複写機の紙送り機構部に連結されて固定される。これにより、外輪部材１３は固定され、シャフトを貫通した内輪部材１１がコイルバネ１２と係合してトルクの伝達や遮断を行う。
【００１９】
そして、内輪部材１１と係合したシャフトの回転トルクが所定値以下のときは、外輪部材１３の内周面の係止部１９に係止されたコイルバネ１２は、内輪部材１１の外面との間で摩擦力を生じてシャフトのトルクを伝達する。一方、シャフトの回転トルクが所定値を超える過大なトルクであるときは、コイルバネ１２は内輪部材１１の外面との間でスリップしその過大なトルクの伝達を遮断する。
【００２０】
図２は本発明の実施形態に係るトルクリミッタの左側面図である。図２に示すように、本発明の実施形態に係るトルクリミッタの左側面部には、外輪部材１３を固定するための固定部２３が設けられており、この固定部２３は、トルクリミッタが装着される機器に連結されて固定される。
【００２１】
図３は本発明の実施形態に係るトルクリミッタの右側面図である。図３に示すように、本発明の実施形態に係るトルクリミッタの右側面部には、貫通孔１７に挿入されるシャフトを係止するための係合穴１８を有しており、シャフトが貫通孔１７に挿入されたとき、シャフトの係合片が係合穴１８に係合して、シャフトの回転が内輪部材１１に伝達される。
【００２２】
次に、図４は本発明の実施形態に係るトルクリミッタの内輪部材の斜視図である。前述したように、本発明の実施形態では、内輪部材１１は金属をプレス成形して形成される。プレス成形した金属製の内輪部材１１とすることにより、部品を薄肉化し小径化かつ低価格化を可能にしている。
【００２３】
一方、金属をプレス成形するには、プレス成形に適した金属（柔らかい金属）が望ましい。そこで、本発明の実施形態では、例えば、ＳＰＣＣ材（安価な鉄素材）を用いる。なお、内輪部材１１の耐久性を考慮すると、耐摩耗性や摺動性を向上させる必要があることから、窒化処理（表面硬化処理）後にバレル研磨を施し、表面の酸化層を除去して耐久性を向上させる。
【００２４】
さらに、本発明の実施形態では、耐久性向上のために、内輪部材１１にラジアル方向荷重や意図しない偏荷重が掛からないように、内輪部材１１の形状を前段部１４及び後段部１５の２段階絞り形状とし、外輪部材１３にて２箇所での支持構造としてトルクリミッタ性能が損なわれないようにした。
【００２５】
また、後段部１５の端部をラッパ状に広がるラッパ状部１６を形成するとともに、ラッパ状部１６の最大径部分に切欠部２４を設け、外輪部材１３との嵌合を容易に行えるようにし、シールド部材を省略できるようにした。
【００２６】
図５は本発明の実施形態に係るトルクリミッタの内輪部材１１を外輪部材１３に嵌合させた状態の斜視図である。内輪部材１１を外輪部材１３に嵌合させるには、内輪部材１１の切欠部２４と外輪部材１３の嵌合爪２２とを位置あわせして、内輪部材１１を外輪部材１３に挿入し、その後に内輪部材１１を時計方向または反時計方向のいずれかの方向に回転させて嵌合爪２２にて内輪部材１１と外輪部材１３とを係止する。これにより、内輪部材１１が外輪部材１３から脱落することを防止できる。なお、切欠部２４は必ずしも設ける必要はない。外輪部材１３自体に可撓性を持たせておくと、内輪部材１１を外輪部材１３に嵌合させる際に、外輪部材１３の撓みによって、内輪部材１１のラッパ状部１６の最大径部分は外輪部材１３の内周面に嵌合できるからである。
【００２７】
次に、潤滑油による内輪部材１１の耐摩耗性について説明する。図６は、潤滑油をパラメータとした内輪部材１１の耐久性と潤滑油の基油動粘度との関係を示すグラフである。縦軸は内輪部材１１の耐久性（回転回数）、横軸は温度が４０℃のときの潤滑油の基油動粘度である。縦軸の内輪部材１１の耐久性（回転回数）は内輪部材１１として使用可能な状態を維持できる内輪部材１１の回転回数を示している。
【００２８】
図６の黒菱形は潤滑油の基油として直鎖系フッ素グリスの場合のデータであり、点Ａ１は直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が２５cst（40℃）のときのデータ、点Ａ２は直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が９０cst（40℃）のときのデータ、点Ａ３は直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が１００cst（40℃）のときのデータ、点Ａ４は直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が１４０cst（40℃）のときのデータである。一方、図６の黒丸は、潤滑油の基油として直鎖系フッ素グリスと側鎖系フッ素グリスとの混合フッ素グリスの場合のデータであり、点Ｂ１は混合フッ素グリスの基油動粘度が４５cst（40℃）のときのデータ、点Ｂ２は混合フッ素グリスの基油動粘度が２００cst（40℃）のときのデータである。
【００２９】
直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が２５cst（40℃）のときの内輪部材１１の耐久性（回転回数）は１５５０万回（Ａ１点）、直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が９０cst（40℃）のときの内輪部材１１の耐久性（回転回数）は１１２８万回（Ａ２点）、直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が１００cst（40℃）のときの内輪部材１１の耐久性（回転回数）は５００万回（Ａ３点）、直鎖系フッ素グリスの基油動粘度が１４０cst（40℃）のときの内輪部材１１の耐久性（回転回数）は３００万回（Ａ４点）であり、混合フッ素グリスの基油動粘度が４５cst（40℃）のときの内輪部材１１の耐久性（回転回数）は８００万回（Ｂ１点）、混合フッ素グリスの基油動粘度が２００cst（40℃）のときの内輪部材１１の耐久性（回転回数）は２４０万回（Ｂ２点）である。
【００３０】
直鎖系フッ素グリス及び混合フッ素グリスのいずれの場合も、基油動粘度が小さいほど内輪部材１１の耐久性（回転回数）は向上する。また、直鎖系フッ素グリスと混合フッ素グリスと比較すると、直鎖系フッ素グリスの方が耐久性（回転回数）は向上する。そこで、本発明の実施形態では、基油動粘度が所定値以下の直鎖系フッ素グリスを用いる。具体的には基油動粘度が９０cst以下の直鎖系フッ素グリスを用いる。好ましくは基油動粘度が２５cst（40℃）の直鎖系フッ素グリスを用いる。
【００３１】
次に、コイルバネ１２により内輪部材１１に生じるトルク変動の低減について説明する。図７はコイルバネ１２により内輪部材１１に生じるトルク値と使用のサイクル数との関係を示すグラフであり、図７（ａ）は熱処理後にバレル研磨を施した本発明の実施形態のコイルバネの場合のグラフ、図７（ｂ）は熱処理後にバレル研磨を施さない従来のコイルバネの場合のグラフである。
【００３２】
図７（ａ）において、黒菱形は静止状態からの動き始めのトルクである静トルクの値、黒四角は動いているときのトルクである動トルクの値のデータである。曲線Ｓ１１は静トルク値を結んだ曲線、曲線Ｓ１２は動トルク値を結んだ曲線である。熱処理後にバレル研磨を施した本発明の実施形態のコイルバネ１２を用いた場合には、図７（ａ）から分かるように、５０万サイクルを通して内輪部材１１に生じる静トルク値及び動トルク値のいずれも低減していない。
【００３３】
図７（ｂ）において、黒菱形は静トルク値、黒四角は動トルク値のデータである。曲線Ｓ２１は静トルク値を結んだ曲線、曲線Ｓ２２は動トルク値を結んだ曲線である。熱処理後にバレル研磨を施さない従来のコイルバネ１２を用いた場合には、図７（ｂ）から分かるように、４０万サイクルを超えると内輪部材１１に生じる静トルク値及び動トルク値の双方が低減していることが分かる。
【００３４】
そこで、本発明の実施形態では、ピアノ線を巻回して成形され熱処理されたコイルバネ１２を、熱処理後にバレル研磨を施すこととした。ここで、ピアノ線を巻回して成形された成形物を熱処理（テンパー処理）するのは、コイルバネの形状を安定させ初期トルク変動低減のためであり、その際には酸化スケールが生じる。本発明の実施形態において、バレル研磨を行うのは、その熱処理により生じる酸化スケールを取り除くためである。この酸化スケールと取り除くことによってコイルバネ１２により内輪部材１１に生じるトルク変動の低減を図ることができた。
【００３６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１１…内輪部材、１２…コイルバネ、１３…外輪部材、１４…前段部、１５…後段部、１６…ラッパ状部、１７…貫通孔、１８…係合穴、１９…係止部、２０…第１支持面、２１…第２支持面、２２…嵌合爪、２３…固定部、２４…切欠部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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