(57)【要約】【課題】  入出力伝達部品の寿命を大幅に改善すると共に、トルクリップル特性を安定化すること。【解決手段】  摩擦外面を有する内側部材と摩擦内面を有する外側部材とを組み合わせ、前記内側部材の摩擦外面と前記外側部材の摩擦内面との間に生じる摩擦力を利用する入出力伝達部品において、前記内側部材及び前記外側部材の双方又はいずれか一方は硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成され、前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の外面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、あるいは前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の内面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、前記摩擦外面又は前記摩擦内面とすることを特徴とする入出力伝達部品。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦外面を有する内側部材と摩擦内面を有する外側部材とを組み合わせ、前記内側部材の摩擦外面と前記外側部材の摩擦内面との間に生じる摩擦力を利用する入出力伝達部品において、
前記内側部材及び前記外側部材の双方又はいずれか一方は硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成され、
前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の初期外面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、あるいは前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の初期内面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、前記摩擦外面又は前記摩擦内面とすることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項２】
請求項１において、
前記外側部材は、前記内側部材に巻き付けられたコイル部材であることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項３】
前記内側部材と前記外側部材とこれら内側部材と外側部材との間に位置する中間部材とを備え、前記内側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦外面を有し、前記外側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦内面を有し、入力側の回転力を出力側に伝達する入出力伝達部品において、
前記内側部材と前記外側部材の双方又はいずれか一方は、硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成され、
前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の初期外面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、あるいは前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の初期内面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、前記摩擦外面又は前記摩擦内面とすることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項４】
請求項３において、
前記中間部材は、硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成されているボール又はローラであることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記厚みＷは、１μｍ以上であることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記入出力伝達部品は、トルクリミッタ、トルクヒンジ、クラッチ、すべり軸受、転がり軸受の内のいずれかであることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系合成樹脂からなることを特徴とする入出力伝達部品。
【請求項８】
内側部材と外側部材とを備え、前記内側部材の摩擦外面と前記外側部材の摩擦内面との間に生じる摩擦力を利用する入出力伝達部品の製造方法において、
硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂を加圧成型して前記内側部材と前記外側部材の双方又はいずれか一方を形成する形成工程と、
前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の初期外面及び／又は前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の初期内面を、所定以上の厚みＷ除去することにより前記摩擦外面及び／又は前記摩擦内面を形成する研摩工程と、
前記内側部材の前記摩擦外面と前記外側部材の前記摩擦内面とが当接するように組み込む組立工程と、
を備えることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法。
【請求項９】
前記内側部材と前記外側部材とこれら内側部材と外側部材との間に位置する中間部材とを備え、前記内側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦外面を有し、前記外側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦内面を有し、入力側の回転力を出力側に伝達する入出力伝達部品の製造方法において、
硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂を加圧成型して前記内側部材と前記外側部材の双方又はいずれか一方を形成する形成工程と、
前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の円筒状外面及び／又は前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の円筒状内面を、所定以上の厚みＷ除去することにより前記摩擦外面及び／又は前記摩擦内面を形成する研摩工程と、
前記内側部材の前記摩擦外面と前記外側部材の前記摩擦内面との間に前記中間部材が位置するように、前記内側部材と前記外側部材と前記中間部材とを組み込む組立工程と、
を備えることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記中間部材を前記合成樹脂で形成する工程と、
前記中間部材の初期外面を所定以上の厚みＷ除去する工程と、
を備えることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法。
【請求項１１】
前記請求項８ないし請求項１０のいずれかにおいて、
前記厚みＷは、１μｍ以上であることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向又は双方向のトルクリミッタ、トルクヒンジ、クラッチ、すべり軸受、あるいは転がり軸受のような入出力伝達部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に複写機、プリンタ、あるいはファクシミリ装置などの電子情報機器の給紙装置においては、紙の二重送り防止機構などに双方向トルクリミッタを備えて、紙の二重送りを防ぐと共に、紙詰まりの場合にも紙送り機構を逆転させて、詰まった紙を容易に除去できる機構になっている。また、携帯用コンピュータなどにあっては本体とディスプレイ部とを結合する部分に各種のトルクヒンジが広く用いられている。その他の回転機構部にもトルクヒンジ、一方向性クラッチ、双方向性クラッチ、あるいは入力側からの回転力は出力側に伝達するが、出力側からの回転力は入力側に伝達しない逆入力遮断クラッチなどのような入出力伝達部品が広く用いられている。また、動力伝達装置の軸受部には、入力軸の回転力を出力側にそのまま伝達するために入力軸を回転自在に保持する種々の転がり軸受、あるいはすべり軸受のような入出力伝達部品が広く使われている。
【０００３】
先ず、トルクリミッタ又はクラッチの一例として、コイル部材と内側部材との間の摩擦力によってトルク値を設定値に制限する構造のトルクリミッタが種々開示されている（例えば、特許文献１参照）。このトルクリミッタは、ハウジング部材と、内側部材と、その内側部材の外面を締め付けるコイル部材である外側部材などから構成されている。特許文献１に開示されているトルクリミッタは、コイル部材は当然に弾性力に優れた金属材料からなり、内側部材も耐摩耗性に優れた金属材料で構成することを前提にしている。しかしながら、経済性の面などから、金属材料に代えて合成樹脂を用いているトルクリミッタも既に開示されているが、合成樹脂を用いたトルクリミッタとしては磁石材料を併用してなる非接触式のトルクリミッタである場合が多い（例えば、特許文献２参照）。このような非接触式のトルクリミッタでは大きなトルクがかかることは無いので、合成樹脂中に耐摩耗性向上のための硬度増強用フィラーを含有させることは無いが、摺動部分に固体潤滑剤を分散させた塗膜を形成している。
【０００４】
携帯用コンピュータやドアなどのヒンジ部分に用いられるトルクヒンジとしては、種々の構造のものが既に提案されているが、例えばシャフト部材と金属部材をシャフト部材に適した形状にプレスされた、又は折り曲げられたバネ部材とからなるヒンジが開示されている（例えば、特許文献３、４参照）。また、経済性などの面から合成樹脂からなるトルクヒンジも提案されている（例えば、特許文献５参照）。特許文献５のトルクヒンジに用いられている合成樹脂は、ポリアセタール合成樹脂材料にコアシェルポリマーとオキシアルキレン重合体を配合してヒンジ性能を向上させている。また、入力部材として働く内側部材に加えられる一方向の回転力に対しては空転し、反対方向の回転力に対しては、中間部材が出力部材として作用する外側部材と内側部材とを連結することによって、入力を出力に伝達する一方向性クラッチなども様々な構造が既に提案されている（例えば、特許文献６参照）。以上述べたトルクリミッタ、トルクヒンジ、クラッチは比較的大きなトルクがかかるので、金属材料で構成される場合が多いが、部分的に合成樹脂で構成されるものもある。そして、合成樹脂だけでは耐摩耗性が不足するので適した炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、セラミックやガラスの粉末などかなる硬度増強用フィラーを合成樹脂に含有させることもある。
【０００５】
各種の転がり軸受やすべり軸受は、クラッチやトルクリミッタなどに比べてかかるトルクが小さいので、経済性、軽量化などの面から合成樹脂製のものが多く提案されている（例えば、特許文献７、８参照）。特許文献７に開示されているすべり軸受はＶＴＲなどのキャプスタン軸受に適用可能なものであって、合成樹脂で一体的に形成されている。また、特許文献８には合成樹脂製のスラスト滑り軸受が開示されている。また、内輪部材である内側部材と外輪部材である外側部材とが合成樹脂から構成され、転動部材がガラス材料からなる転がり軸受も開示されている（例えば、特許文献９参照）。このようないろいろな軸受を形成する合成樹脂にも前述した炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子などかなる硬度増強用フィラーを含有しているものもある。
【特許文献１】特開平０９−１１２５６８号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６７４９公報
【特許文献３】特開２００４−１９７７６８公報
【特許文献４】特開２００５−２８２７９５公報
【特許文献５】特開平０８−３２５４３１号公報
【特許文献６】特開２０００−３５６２３０公報
【特許文献７】特開２００１−１１６０４９公報
【特許文献８】特開２００３−２６９４５８公報
【特許文献９】特開２００６−０１００６１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に広く知られているように、前掲の特許文献１〜９に限らず、金属材料からなるトルクリミッタ、トルクヒンジ、クラッチ、すべり軸受、あるいは転がり軸受のような入出力伝達部品に比べて、合成樹脂製のものは耐摩耗性が低く、寿命が短いが、前述のような硬度増強用フィラーを含有していない合成樹脂を用いた入出力伝達部品は、最初から安定に動作することが知られている。しかし、前述のような硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂を用いた入出力伝達部品、特に、比較的大きなトルクがかかるトルクリミッタ、トルクヒンジ、クラッチは、動作初期からトルクリップルが大きく、期待していた寿命が得られない場合が多いことが分かった。
【０００７】
本発明は、炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子などのような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で少なくとも一部分の部材が構成されている経済性の優れたトルクリミッタ、クラッチ、トルクヒンジ、あるいは各種軸受などのような入出力伝達部品の課題を解決し、寿命を大幅に伸ばすことと、トルクリップル特性を安定化することを主目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、摩擦外面を有する内側部材と摩擦内面を有する外側部材とを組み合わせ、前記内側部材の摩擦外面と前記外側部材の摩擦内面との間に生じる摩擦力を利用する入出力伝達部品において、前記内側部材及び前記外側部材の双方又はいずれか一方は硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成され、前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の初期外面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、あるいは前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の初期内面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、前記摩擦外面又は前記摩擦内面とすることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【０００９】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記外側部材は、前記内側部材に巻き付けられたコイル部材であることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【００１０】
第３の発明は、前記内側部材と前記外側部材とこれら内側部材と外側部材との間に位置する中間部材とを備え、前記内側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦外面を有し、前記外側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦内面を有し、入力側の回転力を出力側に伝達する入出力伝達部品において、前記内側部材と前記外側部材の双方又はいずれか一方は、硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成され、前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の初期外面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、あるいは前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の初期内面を所定以上の厚みＷだけ除去した面を、前記摩擦外面又は前記摩擦内面とすることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【００１１】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記中間部材は、硬度増強用フィラーを含有している合成樹脂によって形成されているボール又はローラであることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【００１２】
第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明のいずれかにおいて、前記厚みＷは、１μｍ以上であることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【００１３】
第６の発明は、前記第１の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記入出力伝達部品は、トルクリミッタ、トルクヒンジ、クラッチ、すべり軸受、転がり軸受の内のいずれかであることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【００１４】
第７の発明は、前記第１の発明ないし前記第６の発明のいずれかにおいて、前記合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系合成樹脂からなることを特徴とする入出力伝達部品を提供する。
【００１５】
第８の発明は、内側部材と外側部材とを備え、前記内側部材の摩擦外面と前記外側部材の摩擦内面との間に生じる摩擦力を利用する入出力伝達部品の製造方法において、硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂を加圧成型して前記内側部材と前記外側部材の双方又はいずれか一方を形成する形成工程と、前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の初期外面及び／又は前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の初期内面を、所定以上の厚みＷ除去することにより前記摩擦外面及び／又は前記摩擦内面を形成する研摩工程と、前記内側部材の前記摩擦外面と前記外側部材の前記摩擦内面とが当接するように組み込む組立工程とを備えることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法を提供する。
【００１６】
第９の発明は、前記内側部材と前記外側部材とこれら内側部材と外側部材との間に位置する中間部材とを備え、前記内側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦外面を有し、前記外側部材は前記中間部材との間に摩擦を生じる摩擦内面を有し、入力側の回転力を出力側に伝達する入出力伝達部品の製造方法において、硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂を加圧成型して前記内側部材と前記外側部材の双方又はいずれか一方を形成する形成工程と、前記合成樹脂で形成されている前記内側部材の円筒状外面及び／又は前記合成樹脂で形成されている前記外側部材の円筒状内面を、所定以上の厚みＷ除去することにより前記摩擦外面及び／又は前記摩擦内面を形成する研摩工程と、前記内側部材の前記摩擦外面と前記外側部材の前記摩擦内面との間に前記中間部材が位置するように、前記内側部材と前記外側部材と前記中間部材とを組み込む組立工程とを備えることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法を提供する。
【００１７】
第１０の発明は、前記第９の発明において、前記中間部材を前記合成樹脂で形成する工程と、前記中間部材の初期外面を所定以上の厚みＷ除去する工程とを備えることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法を提供する。
【００１８】
第１１の発明は、前記第８の発明ないし前記第１０の発明のいずれかにおいて、前記厚みＷは、１μｍ以上であることを特徴とする入出力伝達部品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
前記第１の発明、前記第２の発明及び前記第４の発明ないし前記第７の発明によれば、炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子などのような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で少なくとも一部分が構成されている経済性の優れたトルクリミッタ又はトルクヒンジ、あるいはすべり軸受などの寿命を大幅に向上させると共に、トルクリップル特性を改善することができる。
【００２０】
前記第３の発明ないし前記第７の発明によれば、炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子などのような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で少なくとも一部分が構成されている経済性の優れた転がり軸受又はクラッチなどの寿命を向上させると共に、トルクリップル特性を改善することができる。
【００２１】
前記第８の発明及び前記第１０、第１１の発明によれば、耐久性に優れ、かつ安定なトルクリップル特性を有する合成樹脂成型のトルクリミッタ又はトルクヒンジ、あるいはすべり軸受などを製造することができる。
【００２２】
前記第９の発明ないし前記第１１の発明によれば、耐久性に優れ、かつ安定なトルクリップル特性を有する合成樹脂成型のクラッチ又は各種の転がり軸受などを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
[実施形態１]
先ず、図１によって発明の実施形態１に係るトルクリミッタの構造の一例について説明する。図１（Ａ）は本発明のトルクリミッタを正面から見た断面図を示し、図１（Ｂ）は図面の左側から見た図、図１（Ｃ）は図面の右側から見た図である。内側部材１は、不図示のシャフト部材が取り付けられる円筒形状の内側本体部２と、内側本体部２と一体成型されて外方向に延びるシールド部３とからなる。内側部材１は、炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子などのような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂からなる。その好ましい合成樹脂の一例としては、金属材料とほぼ同等な耐久性と温度特性とを呈すると言われているポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系合成樹脂である。内側本体部２の円筒状外面は内側部材１の摩擦外面１Ｍとなっており、また、内側本体部２の外面から外方向に延びる円板状部分３Ａと円板状部分３Ａから内側本体部２の外面に沿って延びる短円筒状部分３Ｂとからなるシールド部３が内側本体部２と一体的に形成されている。内側本体部２は、一端側に図示しないピン部材でもって不図示の前記シャフト部材に内側部材１を固定するための固定用溝２Ｂを有する。
【００２４】
内側部材１の円筒形状の摩擦外面１Ｍには、適当な巻数を有するコイルバネが外側部材４として巻き付けられている。コイルバネは弾性に優れた金属材料からなる。内側部材１の摩擦外面１Ｍと摩擦してトルクを発生する外側部材４の内側面を摩擦内面４Ｍという。トルクリミッタでは、内側部材１の摩擦外面１Ｍと外側部材４の摩擦内面４Ｍとの間の摩擦力がトルクリミッタのトルクを決定する。したがって、内側部材１の摩擦外面１Ｍ及び外側部材４の摩擦内面４Ｍの状態は大切である。内側部材１の摩擦外面１Ｍ及び外側部材４の摩擦内面４Ｍについては後で詳述するとし、続けて構造について説明する。外側部材４であるコイルバネは一端にフック部４Ａを有すると共に、他端にも不図示のフック部を有する。この実施形態１では１個のコイルバネを用いた双方向トルクリミッタを示しているが、コイルバネの一端に別のフック部を備える一方向トルクリミッタであり、又は必要に応じて２個以上のコイルばねを同方向に直列に接続した一方向トルクリミッタでもよいし、また、２個以上のコイルばねを逆方向にして組み込んで双方向トルクリミッタとしても勿論よい。なお、図示していないが、必要に応じてコイルバネにはグリスのような潤滑剤が塗布されている。
【００２５】
ハウジング部材５は円筒状外面６Ａを有するハウジング本体部６とその一端側に形成されている側壁部７とを有する。ハウジング本体部６は他端側に大径円筒状内面部分６Ｂを有する。大径円筒状内面部分６Ｂは、外側部材４に対面する部分の直径よりも大きな直径になっており、シールド部３の円板状部分３Ａの短円筒状外面３Ａ’に接触、又はごく僅かな間隙で対面している。つまり、内側部材１のシールド部３の装着に適合するようになっている。他方、ハウジング部材５の側壁部７は内側部材１の摩擦外面１Ｍに対面する短円筒状内面７Ａを有する。ハウジング本体部６は、その大径円筒状内面部分６Ｂから長さ方向に側壁部７へ向かって延びるフック溝６Ｃを有し、そのフック溝６Ｃに外側部材４であるコイルバネのフック部４Ａが係止される。ハウジング部材５の側壁部７の端面には、不図示の負荷にこのトルクリミッタを取り付けるためのリンク部８が側壁部７と一体的に形成されている。ハウジング部材５は、材質は特に限定されないが、動作中にフック部４Ａによって力が加わるので、実施形態１では前述のような内側部材１と同じ硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂からなるのが好ましい。
【００２６】
内側部材１の円筒状の摩擦外面１Ｍと側壁部７の短円筒状内面７Ａとの係止構造については図２（Ａ）に示すように、内側部材１の円筒状の摩擦外面１Ｍとハウジング部材５の側壁部７の短円筒状内面７Ａとは、軽く接触又は微小な間隙を介して全周にわたって対面している。また、図２（Ｂ）に示すように、シールド部３における円板状部分３Ａの短円筒状外面３Ａ’の直径に比べて、短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面３Ｂ’の直径は小さくなっている。ハウジング本体部６の右端部分には、その大径円筒状内面部分６Ｂの直径に比べて内径が小さい係止部６Ｄが形成されている。この係止部６Ｄは、内側部材１がハウジング部材５から右側に外れるのを防止し、またそれらの間には小さな空隙Ｓが存在し、この空隙Ｓは外側部材４であるコイルバネに塗布された潤滑剤が外部に漏出するのを抑制する働きを行う。
【００２７】
次に、このトルクリミッタの製造方法などについて説明する。実施形態１は、前述の構造のトルクリミッタを組み込む前に、前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂からなる内側部材１の初期外面１Ｍ’を、図３に示すように所定の厚みＷ以上ほぼ均一に削除して摩擦外面１Ｍを形成するところに特徴がある。本発明者は、炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、ガラス粒子などのような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂材料を樹脂成型して得られた内側部材１の表面層が脆弱であることをつきとめた。樹脂成型して得られた内側部材１の円筒状の初期外面を全く削除することなく、樹脂成型して得られた状態のままの内側部材１を組み込んで図１に示した構造のトルクリミッタについて試験を行い、図４（Ａ）に示すような回転数−負荷トルク特性のデータを得た。図４（Ａ）によれば、回転初期における負荷トルク値をそれぞれ示す静トルク、動トルク及びトルクリップル値が非常に小さく、その後に急激に上昇するものの、初期における負荷トルク特性が非常に不安定である。そして、回転数に伴い負荷トルク値は急激に上昇した後にしばらく安定な状態を保つが、回転数がほぼ９０万回に達する前に、負荷トルク値が急激に低下し、特にトルクリップル値がゼロになることからも分かるように、トルクリミッタとして何ら役立たなくなる。なお、回転数は実回転数である。
【００２８】
実施形態１では、図３に示すように、樹脂成型して得られた内側部材１を組み込む前における単独の部材の段階で内側部材１の鎖線で示す初期外面１Ｍ’の研磨を行い、内側部材１の初期外面１Ｍ’の全表面を所定の厚みＷ以上（実施形態１ではほぼ５μｍ）だけ均一に除去して摩擦外面１Ｍを形成した後に、内側部材１を組み込んで図１に示した構造のトルクリミッタを製作した。そのトルクリミッタについて同じ試験装置で同様に試験を行い、図４（Ｂ）に示すような回転数−負荷トルク特性のデータを得た。このデータは未だ試験続行中のものであるが、回転数が１０００万回を超えた段階でも負荷トルク値をそれぞれ示す静トルク、動トルク及びトルクリップル値が低下せずに安定な状態に保持されている。図４（Ａ）と図４（Ｂ）とに示すデータを比較すると、実施形態１のトルクリミッタは、表面層を削除しない内側部材１に比べて、回転初期時の負荷トルク値が大きくかつ安定しており、寿命が十数倍以上に改善されている。ここで、摩擦外面１Ｍの平均面粗度は、０．３〜０．８の範囲にある。
【００２９】
この原因を簡潔に考察すると、前述したように内側部材１は硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂を成型することによって造られており、内側部材１の初期外面１Ｍ’における硬度増強用フィラーの密度が低く、かつ不均一であるために表面層が脆弱であるものと考えられる。トルクリミッタの回転動作において、その脆弱な表面層が回転初期に負荷トルク特性を不安定にし、その後、表面層が破砕されて粒子となり、その粒子が研摩材として作用するために内側部材１の摩擦面の摩耗が促進されことがトルクリミッタの寿命を短くしているものと考えられる。したがって、合成樹脂中の硬度増強用フィラーの密度がほぼ均一になる内部まで表面層を除去することによって、トルクリップル値が安定していて寿命が大幅に改善されるトルクリミッタを得ることができるだけでなく、トルクヒンジ、クラッチ、すべり軸受、転がり軸受のような入出力伝達部品の寿命も改善できる。
【００３０】
次に、図５は内側部材１の初期外面１Ｍ’の全表面をどの程度の厚みＷ以上除去して形成される摩擦外面１Ｍを有する内側部材１を用いれば、内側部材１が合成樹脂製であってもトルクリップル値がほぼ安定する範囲に入るかを示すデータであり、トルクリミッタにとってトルクリップル値の安定度は実用上非常に重要なファクタである。そして、トルクリップル値が安定していることは内側部材１の初期外面１Ｍ’の影響を実質的に受けることがなく、図４のデータと組み合わせて考察することにより、トルクリミッタの寿命を確実に改善できることを示している。図５に示すデータは、内側部材１の初期外面１Ｍ’を削除した厚みＷが０から０．５μｍ毎に増えたときのトルクリップル値を示し、トルクリミッタの内側部材１を時計方向に平均１０ｒｐｍで１０秒間回転（ＣＷ）、反時計方向に平均１０ｒｐｍで１０秒間回転（ＣＣＷ）させたときのトルクリップルの平均測定値の変化を示すデータであり、回転方向でトルクリップル値に幾分差が生じるものの、いずれも表面層がほぼ１μｍ程度まではトルクリップル値が指数関数的に減少し、表面層をほぼ１μｍ以上除去すると比較的安定し、さらに表面層をほぼ３μｍ以上除去した面を摩擦外面１Ｍとするとほぼ一定となって非常に安定する。したがって、内側部材１の初期外面１Ｍ’の全表面を均一にほぼ１μｍ以上除去した面を摩擦外面１Ｍとすれば、実用に耐えるトルクリミッタを得ることができるが、量産する過程では一度に多数の内側部材１の研摩を行う場合が多いので、個々の内側部材１又は内側部材１の研摩箇所によってバラツキが生じ、好ましくは表面層をほぼ３μｍ以上除去した面を摩擦外面１Ｍとするのがよい。
【００３１】
次に内側部材１の研摩方法の一例について説明する。実施形態１では多数の内側部材１を一度に研摩処理できるバレル研摩方法について説明する。このバレル研摩方法は広く知られているので、図示せずに、詳しくも説明しないが、先ず研摩槽の中にメディアとも称される研摩小球と研摩粒子として作用するコンパウンドと水とを入れ、研摩対象である内側部材１を研摩槽の中に入れてセットする。内側部材１の大きさにもよるが、数千個を一度に研摩処理することができる。そして研磨機を動作させ、研摩槽を回転させることにより、研摩槽内で内側部材１が研摩粒子とコンパウンドとにぶつかり合い、内側部材１の初期外面１Ｍ’が研摩され、除去される。研摩処理する時間を調整することにより、バラツキはあるもののいずれの内側部材１もほぼ所定の厚みに近い表面層を除去することができた。したがって、例えば３μｍ以上の表面層を除去できる時間の長さに設定して研摩処理を行えば、その研摩処理を施した内側部材１を組み込んだトルクリミッタはトルクリップル特性が安定で、かつ寿命が大幅に向上する。なお、実施形態１では外側部材４がコイルバネであり、コイルバネの内径は内側部材１の摩擦外面１Ｍの直径に適するよう設計する必要がある。
【００３２】
このように表面層が除去された内側部材１の内側本体部２の円筒状の摩擦外面１Ｍに、図示しない機械又は治具を使用して、外側部材４であるコイルバネを装着する。このときコイルバネの径は幾分拡げられて大きくなり、コイルバネは内側本体部２の円筒状の摩擦外面１Ｍを適度な力で締め付け、所望のトルクを得る。そして、必要に応じて図示しないグリスのような潤滑剤をコイルバネに塗布する。このようにコイルバネが装着された内側部材１を、コイルバネのフック部４Ａがフック溝６Ｃ内に入るようにして、図１（Ａ）の右方向からハウジング部材５に圧入して装着する。内側部材１におけるシールド部３の円板状部分３Ａの短円筒状外面３Ａ’がハウジング本体部６の大径円筒状内面部分６Ｂに対面し、また、シールド部３の短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面３Ｂ’がハウジング本体部６の係止部６Ｄに対面することにより、内側部材１とハウジング部材５とが係止される。このトルクリミッタ構造にあっては、コイルバネが装着された内側部材１をハウジング部材５に差し込むだけで組立が完了し、トルクリップル特性が安定で高寿命のトルクリミッタを提供することができる。なお、以上述べた実施形態１のトルクリミッタでは外側部材をコイルバネとして説明したが、外側部材４は前掲の特許文献３のトルクリミッタ又はトルクヒンジの金属スリーブ、あるいは前掲の特許文献４に開示されているトルクヒンジ又はトルクヒンジのバネ部材のようなものでもよく、内側部材が合成樹脂で形成されているものならば制限されるものではなく、本発明は内側部材が合成樹脂で形成されている全てのトルクリミッタ又はヒンジに適用することができる。
【００３３】
[実施形態２]
次に、図６によってトルクリミッタ又はトルクヒンジの実施形態２について説明する。図６（Ａ）は図６（Ｂ）の切断線Ｘ−Ｘ’における断面を示す図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の切断線Ｙ−Ｙ’における断面を示す図、図６（Ｃ）は外側部材を説明するための図である。図６において、図１及び図２で用いた記号と同じ記号は同じ名称の部材を示すものとする。このトルクリミッタ又はトルクヒンジは、大別して内側部材１と外側部材４と内側部材１に固定されているシャフト部材９とからなる。内側部材１は鋼材料のように弾性力に富み、硬度の大きい金属材料からなる外側環状部１Ａ、内側環状部１Ｂ及びこれら外側環状部１Ａと内側環状部１Ｂとを機械的に結合する結合部１Ｃとから構成される摩擦・バネ片を必要枚数重ねたものからなる。そしてこの内側部材１の摩擦・バネ片は、例えば０．８〜１ｍｍ程度の厚みの前述のような金属板をプレスにより打ち抜いて大量かつ安価に作られるものである。ここで、摩擦・バネ片の外側環状部１Ａは完全なリング状ではなく、一部分が切欠されており、その切欠により形成されたギャップＧを含む円環状構造である。ギャップＧが外側環状部１Ａと内側環状部１Ｂとの間に円弧状に延びることによって、外側環状部１Ａは結合部１Ｃを支点とし、ギャップＧを挟んで向き合った二つのＣ形ばねとして作用する。このような摩擦・バネ片からなる内側部材１を外側部材４の摩擦内面４Ｍに圧入することにより、内側部材１の外側環状部１Ａの外面と外側部材４の摩擦内面４Ｍとの間に所定の摩擦力が働き、その摩擦力は常に一定に保持される。
【００３４】
外側部材４の摩擦内面４Ｍは、図６（Ｃ）に示すように、前述のような硬度増強用フィラーを１種類又は数種類を含有する合成樹脂からなる外側部材４の鎖線で示す初期内面４Ｍ’を、所定の厚みＷ以上ほぼ均一に削除して摩擦内面４Ｍを形成している。外側部材４の初期内面４Ｍ’を所定の厚みＷ以上ほぼ均一に削除して摩擦内面４Ｍを形成する方法は、実施形態１で述べたバレル研摩方法でもよいが、研磨剤を含む加圧液体を外側部材４の初期内面４Ｍ’に噴出してその表面層を１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上除去して、摩擦内面４Ｍを形成してもよい。バレル研摩方法で一度に多数の外側部材４を処理して外面を研摩すると共に、初期内面４Ｍ’をある程度除去した後に研磨剤を含む加圧液体で初期内面４Ｍ’の前記合成樹脂を取り除いても勿論よい。以上の説明ではトルクリミッタとして説明したが、この構造の入出力伝達部品はトルクヒンジとしても用いることができるので、トルクヒンジの外側部材を前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で成型して造り、外側部材４の初期内面４Ｍ’を１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上除去して摩擦内面４Ｍを形成してもよい。また、研摩方法は前記方法に限定されるものではない。本発明は、外側部材が合成樹脂で形成されている全てのトルクリミッタ又はヒンジに適用することができる。なお、内側部材１を弾性力に優れると共に、比較的耐摩耗性に優れた樹脂で形成しても勿論よく、この場合には実施形態１で説明したように、内側部材１の初期外面を１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上除去して摩擦外面を形成してもよい。
【００３５】
[実施形態３]
次に、図７によって双方クラッチ又はトルクリミッタの実施形態３について説明する。図７は、双方クラッチの一部分を示す図であり、内輪として働く内側部材１と外輪として働く外側部材４とは双方とも前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で造られている。構造そのものについては一般的なものなので詳述しないが、内側部材１はボール又はローラのような中間部材１０を収容するポケットＰを有する。図面では１個のポケットＰを示しているだけであるが、複数個、例えば一般的に５個又は６個のポケットＰを有する。内側部材１が静止状態にあるときは、中間部材１０はスプリング部材１１、１１によってポケットＰのほぼ中央に位置し、外側部材４は時計方向又は反時計方向のいずれにも自由に回転できる。しかし、例えば内側部材１が時計方向に回転すると、中間部材１０は図面左側に移動して、内側部材１におけるボケットＰの底面１Ｕを形成する摩擦外面１Ｍと外側部材４の摩擦内面４Ｍとの間に食い込む。したがって、中間部材１０を介して内側部材１と外側部材４とは連結されて一緒に回転する。
【００３６】
この実施形態３においても、内側部材１、外側部材４が個々の部材である段階で、別々に前述したような研摩処理が施され、内側部材１のポケットＰの底面１Ｕの表面層を１〜３μｍ以上除去して摩擦外面１Ｍを形成する。前述のバレル研摩方法によれば内側部材１の外面全体が研摩されて表面層が除去されるが構わない。また、外側部材４も前述したような研摩処理が施され、その円筒状内面の表面層が１〜３μｍ以上除去され、摩擦内面４Ｍが形成される。この実施形態３の場合には、内側部材１のポケットＰの底面１Ｕの表面層の除去、及び外側部材４の円筒状内面の表面層の除去を行うので、研摩小球や研摩粒子の粒径をより小さくし、また、研摩され易い突出部分の余裕度を考慮して設計するのが好ましい。このようにして内側部材１の外面に摩擦外面１Ｍを形成し、また、外側部材４の円筒状内面に摩擦内面４を形成した後に、内側部材１のボケットＰにスプリング部材１１、１１を装着し、不図示のハウジング内に外側部材４、内側部材１及び中間部材１０を組み込めばよい。なお、中間部材１０は通常金属材料からなるが、外側部材４、内側部材１と同様な合成樹脂で構成されてもよい。中間部材１０が外側部材４、内側部材１と同様な合成樹脂からなる場合には、当然に予め中間部材１０も前述のような研摩処理が施され、同様に表面層が除去される。
【００３７】
[実施形態４]
次に、実施形態４に係る入出伝達部品として、すべり軸受の一例を図８によって説明する。図８はそのすべり軸受を側面から見た部分断面を示している。内輪として働く内側部材１と外輪として働く外側部材４とは双方とも前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で造られている。このすべり軸受の構造そのものは一般的であるので簡単に説明すると、外部から回転力が加わるときに、内側部材１の摩擦外面１Ｍと外側部材４の摩擦内面４Ｍとが滑りながら相対的に回転する。内側部材１はシャフト部材９に固定されている。この実施形態４でも、内側部材１、外側部材４が個々の部材である段階で、別々に前述したような研摩処理が施され、内側部材１の円筒状外面の表面層を１〜３μｍ以上除去して摩擦外面１Ｍを形成する。また、外側部材４も前述したような研摩処理が施され、その円筒状内面の表面層が１〜３μｍ以上除去され、摩擦内面４Ｍが形成される。このように研摩処理された内側部材１と外側部材４とが図６のように組み込まれ、内側部材１の摩擦外面１Ｍと外側部材４の摩擦内面４Ｍとが当接する。なお、図８では摩擦外面１Ｍと摩擦内面４Ｍとの間に形成される潤滑層、ハウジング、側壁となるシールド部材については図示するのを省略している。このすべり軸受にあっては、摩擦外面１Ｍと摩擦内面４Ｍの耐摩耗性が向上するので、寿命を改善できる。なお、内側部材１と外側部材４のいずれか一方が金属材料から構成されていてもよく、また、内側部材１に代えてシャフト部材９が外側部材４の摩擦内面４Ｍと当接しても勿論よい。
【００３８】
[実施形態５]
次に、図９によって実施形態５に係る入出力伝達部品として、転がり軸受を例に説明する。図９（Ａ）、図９（Ｂ）はそれぞれの転がり軸受を側面から見た部分断面を示している。内輪として働く内側部材１と外輪として働く外側部材４とは双方とも前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で造られている。また、内側部材１と外側部材４との間を転動する中間部材１０はボールであり、ボールも前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で造られている。内側部材１は中間部材１０であるボールが転がる転動溝１Ｒを有する。転動溝１Ｒは中間部材１０であるボールの直径に適して湾曲する浅い環状の凹みであり、前述したような研摩処理が施され、少なくとも転動溝１Ｒの表面層は１〜３μｍ以上除去されて摩擦外面１Ｍとなっている。同様に、外側部材４も中間部材１０であるボールが転がる転動溝４Ｒを有する。この転動溝４Ｒも中間部材１０であるボールの直径に適して湾曲する浅い環状の凹みであり、前述したような研摩処理が施され、少なくとも転動溝４Ｒの表面層が１〜３μｍ以上除去されて摩擦内面４Ｍとなっている。また、中間部材１０であるボールも前述のバレル研摩方法などによって全表面が均一に１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上除去されて摩擦転がり面１０Ａとなっている。このような中間部材１０が、図示しないリテーナ部材によって複数個ほぼ一定間隔で内側部材１と外側部材４との間に保持されている。したがって、中間部材１０であるボールの摩擦転がり面１０Ａは、内側部材１の転動溝１Ｒの摩擦外面１Ｍと外側部材４の転動溝４Ｒの摩擦内面４Ｍとの間で転がり、これら摩擦外面１Ｍ、摩擦内面４Ｍ及び摩擦転がり面１０Ａは脆弱な表面層が除去されて耐摩耗性に優れているので、この転がり軸受は合成樹脂からなっているが、寿命に優れている。
【００３９】
図９（Ｂ）に示す入出力伝達部品は、中間部材１０としてローラを用いている転がり軸受である。この転がり軸受でも、内輪として働く内側部材１と外輪として働く外側部材４と中間部材１０であるローラとは前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で造られている。内側部材１は中間部材１０である短ピン状のローラが転がる転動溝１Ｒを有する。転動溝１Ｒは浅い環状の凹みであり、前述したような研摩処理が施され、少なくとも転動溝１Ｒの表面層は１〜３μｍ以上除去されて摩擦外面１Ｍとなっている。同様に、外側部材４も中間部材１０であるローラが転がる転動溝４Ｒを有する。この転動溝４Ｒも浅い環状の凹みであり、前述したような研摩処理が施され、少なくとも転動溝４Ｒの表面層が１〜３μｍ以上除去されて摩擦内面４Ｍとなっている。また、中間部材１０であるローラも前述のバレル研摩方法などによって全表面が均一に１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上除去されて摩擦転がり面１０Ａとなっている。このような中間部材１０が、図示しないリテーナ部材によって複数個ほぼ一定間隔で内側部材１と外側部材４との間に保持されている。したがって、中間部材１０であるローラの摩擦転がり面１０Ａは、内側部材１の転動溝１Ｒの摩擦外面１Ｍと外側部材４の転動溝４Ｒの摩擦内面４Ｍとの間で転がり、これら摩擦外面１Ｍ、摩擦内面４Ｍ及び摩擦転がり面１０Ａは脆弱な表面層が除去されて耐摩耗性に優れているので、この転がり軸受も合成樹脂からなっているが、寿命に優れている。
【００４０】
実施形態５では、入出力伝達部品としてラジアル方向の荷重を受ける転がり軸受について述べたが、スラスト方向の加重を受けるスラスト軸受についても本発明を全く同様に適用することができ、同様な効果が得られる。また、複列式の軸受についても同様である。実施形態５の軸受では内側部材１、外側部材４及び中間部材１０が前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で構成されている例を述べたが、これら内側部材１、外側部材４及び中間部材１０の１個又は２個が前述のような硬度増強用フィラーを含有する合成樹脂で造られていてもよい。また、硬度増強用フィラーは炭素粒子、炭素繊維、金属粒子、セラミック粒子、ガラス粒子に限られず、適当な粒径の種々の金属粉末及びセラミック粉などを混合したフィラーを用いることができる。また、本発明の適用可能な範囲は、トルクリミッタ、クラッチ、トルクヒンジ、軸受などの構造によって制限されるものでなく、摩擦面を有しているすべての入出力伝達部品に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１に係るトルクリミッタを説明するための図面である。
【図２】本発明の実施形態１に係るトルクリミッタの一部分の断面を拡大した図面である。
【図３】本発明の実施形態１に係るトルクリミッタを説明するための図面である。
【図４】本発明の実施形態１に係るトルクリミッタの負荷トルク特性を従来のものの負荷特性と比較して説明するための図面である。
【図５】本発明の実施形態１に係るトルクリミッタを説明するためのトルクリップル特性を示す図面である。
【図６】本発明の実施形態２に係るトルクリミッタ又はトルクヒンジを説明するための図面である。
【図７】本発明の実施形態３に係るクラッチを説明するための図面である。
【図８】本発明の実施形態４に係るすべり軸受を説明するための図面である。
【図９】本発明の実施形態５に係る転がり軸受を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・内側部材
１Ｍ・・・内側部材２の摩擦外面
１Ｍ’・・・内側部材２の初期外面
２・・・内側本体部
２Ｂ・・・固定用溝
３・・・シールド部
３Ａ・・・シールド部３の円板状部分
３Ａ’・・・円板状部分３Ａの短円筒状外面
３Ｂ・・・シールド部３の短円筒状部分
３Ｂ’・・・短円筒状部分３Ｂの短円筒状外面
４・・・外側部材
４Ｍ・・・外側部材４の摩擦内面
４Ｍ’・・・外側部材４の初期内面
４Ａ・・・外側部材４のフック部
５・・・ハウジング部材
６・・・ハウジング本体部
６Ａ・・・ハウジング本体部６の円筒状外面
６Ｂ・・・ハウジング本体部６の大径円筒状内面部分
６Ｃ・・・ハウジング本体部６のフック溝
６Ｄ・・・ハウジング本体部６の係止部
７・・・ハウジング部材５の側壁部
７Ａ・・・側壁部７の短円筒状内面
８・・・リンク部
９・・・シャフト部材
１０・・・中間部材
１０Ａ・・・中間部材１０の転がり摩擦面
１１・・・スプリング部材
【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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【図８】
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【図９】
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