(57)【要約】【課題】内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間でのスティックスリップの発生を防止することと、伝達トルクの初期低下量を少なくすることである。【解決手段】コイルばね４が締め付けられる入力部材２としての円筒状の内方部材の外径面に供給されるトルクリミッタ用潤滑油を、基油がポリ−α−オレフィン油とされ、４０℃における動粘度が２００〜５００ｍｍ２／ｓのものとすることにより、内方部材の摩擦面としての外径面とトルク伝達部材としてのコイルばね４との間でのスティックスリップの発生を防止するとともに、伝達トルクの初期低下量を少なくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部材と出力部材の少なくとも一方を円筒状または円柱状の内方部材として、入力部材と出力部材の間に介在させたトルク伝達部材を前記内方部材に設けた摩擦面に押し付け、この内方部材の摩擦面とトルク伝達部材の間の摩擦力で入力部材から出力部材へトルクを伝達し、前記内方部材の摩擦面に潤滑油を供給して、前記出力部材に所定以上の負荷が作用したときに、前記トルク伝達部材が前記内方部材の摩擦面とスリップして、前記入力部材が空転するようにしたトルクリミッタの前記摩擦面に供給されるトルクリミッタ用潤滑油において、前記潤滑油の基油を、ポリ−α−オレフィンおよびエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物から選ばれる１種または２種以上が組み合わされた飽和合成炭化水素油とし、４０℃における前記潤滑油の動粘度を２００〜５００ｍｍ２／ｓとしたことを特徴とするトルクリミッタ用潤滑油。
【請求項２】
入力部材と出力部材の少なくとも一方を円筒状または円柱状の内方部材として、入力部材と出力部材の間に介在させたトルク伝達部材を前記内方部材に設けた摩擦面に押し付け、この内方部材の摩擦面とトルク伝達部材の間の摩擦力で入力部材から出力部材へトルクを伝達し、前記内方部材の摩擦面に潤滑油を供給して、前記出力部材に所定以上の負荷が作用したときに、前記トルク伝達部材が前記内方部材の摩擦面とスリップして、前記入力部材が空転するようにしたトルクリミッタにおいて、前記内方部材と前記トルク伝達部材の少なくとも一方を金属の焼結部材で形成し、この焼結部材に、請求項１に記載のトルクリミッタ用潤滑油を含浸させたことを特徴とするトルクリミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状または円柱状の内方部材に設けた摩擦面とトルク伝達部材との摩擦力でトルクを伝達するトルクリミッタおよびトルクリミッタ用潤滑油に関する。
【背景技術】
【０００２】
事務機の給紙部等に使用されるトルクリミッタには、入力部材と出力部材の少なくとも一方を円筒状または円柱状の内方部材として、入力部材と出力部材の間に介在させたトルク伝達部材を内方部材に設けた摩擦面に押し付け、この内方部材の摩擦面とトルク伝達部材の間の摩擦力で入力部材から出力部材へトルクを伝達し、内方部材の摩擦面にトルクリミッタ用潤滑油を供給して、出力部材に所定以上の負荷が作用したときに、トルク伝達部材が内方部材の摩擦面とスリップして、入力部材が空転するようにしたトルクリミッタが使用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
従来、前記内方部材の摩擦面に供給されるトルクリミッタ用潤滑油には、４０℃での動粘度が１００〜２００ｍｍ２／ｓの鉱油や合成油が一般的に用いられており、内方部材を金属の焼結部材で形成し、この焼結部材で形成した内方部材に潤滑油を含浸させたものもある。また、高温高湿下で使用されるトルクリミッタを対象として、４０℃での動粘度が５００〜１２００ｍｍ２／ｓの飽和合成炭化水素油からなる基油に乳化剤を配合した潤滑油を用い、水分が水滴状に混入することによる潤滑性の低下を防止するようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−８０６２号公報
【特許文献２】特開平８−２７０６７５号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した内方部材の摩擦面への供給用に従来一般的に用いられている動粘度が１００〜２００ｍｍ２／ｓのトルクリミッタ用潤滑油は、低速回転時に油膜切れが生じやすく、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材の間でスティックスリップが発生する問題がある。このようなスティックスリップが発生すると、図６に示すように、伝達トルクが鋸歯状に変化し、出力部材のスムーズな回転が阻害されるとともに、耳障りな異音が発生する。
【０００６】
また、トルクリミッタ用潤滑油が鉱油である場合は、不純物として含まれる硫黄分の影響で摩擦係数が低くなることに加えて、不純物がトルクリミッタを構成する樹脂部品をケミカルアタックすることがあり、伝達トルクを長期間安定して維持することが難しい。潤滑油がトルクリミッタから漏洩して、外部に装着されるゴムローラ等の樹脂部品をケミカルアタックする恐れもある。
【０００７】
特許文献３に記載されたように、基油の動粘度が５００〜１２００ｍｍ２／ｓの高粘度油を用いたものは、運転初期の温度上昇に伴う粘度低下が大きく、図７に示すように、運転初期に伝達トルクの初期低下量ΔＴが大きくなる問題がある。トルクリミッタは、伝達トルクが安定した安定時の伝達トルクで設計されるので、伝達トルクの初期低下量ΔＴが大きくなると、運転初期のトルク伝達が不安定になるのみでなく、運転初期に過大なトルクが出力部材に伝達されて、耐久寿命が短くなる恐れもある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間でのスティックスリップの発生を防止することと、伝達トルクの初期低下量を少なくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明のトルクリミッタ用潤滑油は、入力部材と出力部材の少なくとも一方を円筒状または円柱状の内方部材として、入力部材と出力部材の間に介在させたトルク伝達部材を前記内方部材に設けた摩擦面に押し付け、この内方部材の摩擦面とトルク伝達部材の間の摩擦力で入力部材から出力部材へトルクを伝達し、前記内方部材の摩擦面に潤滑油を供給して、前記出力部材に所定以上の負荷が作用したときに、前記トルク伝達部材が前記内方部材の摩擦面とスリップして、前記入力部材が空転するようにしたトルクリミッタの前記摩擦面に供給されるトルクリミッタ用潤滑油において、前記潤滑油の基油を、ポリ−α−オレフィンおよびエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物から選ばれる１種または２種以上が組み合わされた飽和合成炭化水素油とし、４０℃における前記潤滑油の動粘度を２００〜５００ｍｍ２／ｓとした構成を採用した。
【００１０】
すなわち、潤滑油の基油を、ポリ−α−オレフィンおよびエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物から選ばれる１種または２種以上が組み合わされた飽和合成炭化水素油とし、４０℃における潤滑油の動粘度を２００〜５００ｍｍ２／ｓ、好ましくは３００〜４００ｍｍ２／ｓとすることにより、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間でのスティックスリップの発生を防止するとともに、伝達トルクの初期低下量を少なくした。
【００１１】
前記潤滑油の４０℃での動粘度を２００ｍｍ２／ｓ以上としたのは、動粘度が２００ｍｍ２／ｓ未満では、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間で油膜切れが生じる恐れがあるからである。また、４０℃での動粘度を５００ｍｍ２／ｓ以下としたのは、動粘度が５００ｍｍ２／ｓを超えると、伝達トルクの初期低下量が大きくなるからである。
【００１２】
前記基油に用いるポリ−α−オレフィンとしては、ブテン−１、イソブテン−１、α−オクテン、デセン−１等の炭素数が３〜２０程度のオリゴマーが挙げられ、エチレン−α−オレフィン共重合体は、これらとエチレンとの共重合体である。これらの水素化物は常温で液状の飽和合成炭化水素油となり、１００℃での動粘度が４０〜１００ｍｍ２／ｓ程度のものが好ましい。
【００１３】
また、これらのポリ−α−オレフィンやエチレン−α−オレフィン共重合体を１種または２種以上が組み合わせた飽和合成炭化水素油の基油は、耐樹脂性に優れているので樹脂部品をケミカルアタックすることがなく、かつ、極性が低いことから金属面に対する吸着エネルギも低く、摩擦面での摩擦係数を安定して維持することができる。
【００１４】
また、本発明のトルクリミッタは、入力部材と出力部材の少なくとも一方を円筒状または円柱状の内方部材として、入力部材と出力部材の間に介在させたトルク伝達部材を前記内方部材に設けた摩擦面に押し付け、この内方部材の摩擦面とトルク伝達部材の間の摩擦力で入力部材から出力部材へトルクを伝達し、前記内方部材の摩擦面に潤滑油を供給して、前記出力部材に所定以上の負荷が作用したときに、前記トルク伝達部材が前記内方部材の摩擦面とスリップして、前記入力部材が空転するようにしたトルクリミッタにおいて、前記内方部材と前記トルク伝達部材の少なくとも一方を金属の焼結部材で形成し、この焼結部材に、上述したトルクリミッタ用潤滑油を含浸させた構成を採用することにより、内方部材の摩擦面での油切れを防止し、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間でのスティックスリップの発生を防止するとともに、伝達トルクの初期低下量を少なくできるようにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のトルクリミッタ用潤滑油は、潤滑油の基油を、ポリ−α−オレフィンおよびエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物から選ばれる１種または２種以上が組み合わされた飽和合成炭化水素油とし、４０℃における潤滑油の動粘度を２００〜５００ｍｍ２／ｓ、好ましくは３００〜４００ｍｍ２／ｓとしたので、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間でのスティックスリップの発生を防止できるとともに、伝達トルクの初期低下量を少なくすることができる。また、このトルクリミッタ用潤滑油は、耐樹脂性に優れているので、トルクリミッタを構成する樹脂部品や外部に装着される樹脂部品をケミカルアタックする恐れもない。
【００１６】
また、本発明のトルクリミッタは、内方部材とトルク伝達部材の少なくとも一方を金属の焼結部材で形成し、この焼結部材に、上述したトルクリミッタ用潤滑油を含浸させたので、内方部材の摩擦面での油切れを防止し、内方部材の摩擦面とトルク伝達部材との間でのスティックスリップの発生を防止できるとともに、伝達トルクの初期低下量を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態を示す。このトルクリミッタ１は、入力部材２が入力軸２１に外嵌固定された円筒状の内方部材とされ、出力部材３が入力部材２に回転自在に外嵌された円筒状の部材とされて、入力部材２の摩擦面となる外径面に、トルク伝達部材としてのコイルばね４が巻回されている。円筒状の出力部材３は一端が端壁３ａで閉塞され、他端が別体の樹脂製の蓋３ｂで閉塞されており、その内部に、入力部材２の外径面とコイルばね４との間を潤滑するトルクリミッタ用潤滑油が封入されている。また、入力部材２は金属の焼結部材で形成され、トルクリミッタ用潤滑油は入力部材２にも含浸されている。この潤滑油は、ポリ−α−オレフィン油（基油がポリ−α−オレフィンの水素化物からなる飽和合成炭化水素油）とされ、４０℃における動粘度が２００〜５００ｍｍ２／ｓとなっている。
【００１８】
前記コイルばね４は、入力部材２の外径面に締め付けられた小径コイル部４ａと、入力部材２の外径面から浮き上がった大径コイル部４ｂとからなり、両端を出力部材３の端壁３ａと蓋３ｂに係止されている。コイルばね４は、蓋３ｂ側から見てコイルの巻方向と逆方向に入力部材２が回転すると締め付け力が増大し、入力部材２の外径面との摩擦力で出力部材３にトルクを伝達する。また、出力部材３に所定以上の負荷が作用したときは、コイルばね４が、供給されるトルクリミッタ用潤滑油で入力部材２の外径面とスリップし、入力部材２が空転する。
【実施例】
【００１９】
実施例として、前記入力部材の外径面に供給するトルクリミッタ用潤滑油としてのポリ−α−オレフィン油の４０℃での動粘度を、２００〜５００ｍｍ２／ｓとしたトルクリミッタを用意した（実施例１〜６）。比較例として、トルクリミッタ用潤滑油としてのポリ−α−オレフィン油の４０℃での動粘度を、それぞれ１００ｍｍ２／ｓ、１５０ｍｍ２／ｓ、６００ｍｍ２／ｓとしたトルクリミッタも用意した（比較例１〜３）。なお、各トルクリミッタの定格トルクは３５ｍＮ・ｍとした。
【００２０】
上述した実施例と比較例の各トルクリミッタについて、図２に示す伝達トルク測定装置を用いて、低速回転試験でのスティックスリップの発生の有無と、高速回転試験での伝達トルクの初期低下量ΔＴの大きさを調査した。この伝達トルク測定装置は、トルクリミッタ１が取り付けられた入力軸２１を、低速回転用と高速回転用の各モータ２２ａ、２２ｂを切り替えて、ベルト２３で回転駆動するようになっており、トルクリミッタ１にカップリング２４を介して接続された出力軸２５に、伝達トルクを測定するロードセル２６が取り付けられている。図示は省略するが、ロードセル２６の出力はアンプを介して記録計に出力される。
【００２１】
前記低速回転試験では、入力軸２１の回転速度を１０ｒｐｍとし、記録計にオシロスコープを用いて、図６に示したような鋸歯状の伝達トルクの出力波形の有無によって、スティックスリップの発生の有無を判定した。高速回転試験では、入力軸２１の回転速度を３００ｒｐｍとし、記録計にペンレコーダを用いて、図７に示したような伝達トルクの出力における初期低下量ΔＴを測定した。なお、入力軸２１からの入力トルクは、いずれの試験の場合も定格トルクに等しい３５ｍＮ・ｍとした。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に、上記低速回転試験と高速回転試験の結果を示す。トルクリミッタ用潤滑油の動粘度を２００ｍｍ２／ｓよりも低くした比較例１、２のものは、いずれも伝達トルクの初期低下量ΔＴは２ｍＮ・ｍと小さかったが、顕著なスティックスリップが発生した。また、トルクリミッタ用潤滑油の動粘度を５００ｍｍ２／ｓよりも高くした比較例３のものは、スティックスリップは発生しなかったが、伝達トルクの初期低下量ΔＴが３ｍＮ・ｍと大きくなった。これに対して、トルクリミッタ用潤滑油の動粘度を２００〜５００ｍｍ２／ｓとした各実施例のものは、いずれもスティックスリップが発生せず、伝達トルクの初期低下量ΔＴも、許容範囲である２ｍＮ・ｍ未満であった。なお、トルクリミッタ用潤滑油の動粘度を２００ｍｍ２／ｓと２５０ｍｍ２／ｓとした実施例１、２のものは、低速回転試験における伝達トルクの出力の一部に、わずかな鋸歯状の波打ちが認められた。
【００２４】
図３は、第２の実施形態を示す。このトルクリミッタ１は、第１の実施形態のものと同様に、入力部材２が円筒状の内方部材とされ、出力部材３が入力部材２に回転自在に外嵌された円筒状の部材とされて、入力部材２の摩擦面となる外径面に、トルク伝達部材としてのコイルばね４が巻回され、両端を出力部材３の端壁３ａと蓋３ｂに係止されている。この実施形態では、コイルばね４が単一径とされ、全体が入力部材２の外径面に締め付けられている点が異なる。その他の部分は第１の実施形態のものと同じであり、出力部材３の内部には、入力部材２の外径面とコイルばね４との間を潤滑するトルクリミッタ用潤滑油として、４０℃における動粘度が２００〜５００ｍｍ２／ｓのポリ−α−オレフィン油が封入されている。また、入力部材２は金属の焼結部材で形成され、トルクリミッタ用潤滑油は入力部材２にも含浸されている。
【００２５】
図４は、第３の実施形態を示す。このトルクリミッタ１は、入力部材２と出力部材３が、同軸上で突き合わされた円柱状の内方部材とされ、入力部材２と出力部材３の外径面にトルク伝達部材としてのコイルばね４が巻回されている。入力部材２と出力部材３のコイルばね４が巻回された部分は保護カバー５で覆われ、保護カバー５の内部に、第１の実施形態のものと同様の、４０℃における動粘度が２００〜５００ｍｍ２／ｓのポリ−α−オレフィン油がトルクリミッタ用潤滑油として封入されている。
【００２６】
前記コイルばね４は、入力部材２と出力部材３の外径面に締め付けられ、入力部材２の外径は出力部材３の外径よりもわずかに大きく形成されており、コイルばね４の締め付け力は、出力部材３側よりも入力部材２側が強くなっている。この実施形態では、入力部材２がコイルばね４の巻回進行方向に回転すると、コイルばね４の締め付け力による入力部材２と出力部材３の外径面との摩擦力でトルクが出力部材３に伝達され、出力部材３に所定以上の負荷が作用すると、コイルばね４の締め付け力が弱い出力部材３側で、供給されるトルクリミッタ用潤滑油によってコイルばね４がスリップし、入力部材２が空転する。
【００２７】
図５は、第４の実施形態を示す。このトルクリミッタ１は、入力部材２がフランジ部２ａを有する円筒状の内方部材とされ、トルク伝達部材が入力部材２に外嵌された摩擦板６とされており、摩擦板６を入力部材２に外嵌されたコイルばね７でフランジ部２ａに押圧して、フランジ部２ａと摩擦板６との摩擦力で、摩擦板６に連結される出力部材（図示省略）にトルクを伝達するようになっている。この実施形態では、入力部材２と摩擦板６が金属の焼結部材で形成され、これらの焼結部材にトルクリミッタ用潤滑油が含浸されている。このトルクリミッタ用潤滑油は、エチレン−α−オレフィン油（基油がエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物からなる飽和合成炭化水素油）とされ、４０℃における動粘度が２００〜５００ｍｍ２／ｓとなっている。なお、入力部材２と摩擦板６のいずれか一方のみを焼結部材として、トルクリミッタ用潤滑油を含浸させてもよい。
【００２８】
上述した第１、第２および第４の実施形態では、入力部材を円筒状の内方部材としたが、これらの内方部材を出力部材とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態のトルクリミッタを示す縦断面図
【図２】実施例の試験に用いた伝達トルク測定装置を示す正面図
【図３】第２の実施形態のトルクリミッタを示す縦断面図
【図４】第３の実施形態のトルクリミッタを示す切欠き正面図
【図５】第４の実施形態のトルクリミッタを示す縦断面図
【図６】鋸歯状の伝達トルクの出力波形の例を示すグラフ
【図７】伝達トルクの初期低下量を示すグラフ
【符号の説明】
【００３０】
１  トルクリミッタ
２  入力部材
２ａ  フランジ部
３  出力部材
３ａ  端壁
３ｂ  蓋
４  コイルばね
４ａ  小径コイル部
４ｂ  大径コイル部
５  保護カバー
６  摩擦板
７  コイルばね
２１  入力軸
２２ａ、２２ｂ  モータ
２３  ベルト
２４  カップリング
２５  出力軸
２６  ロードセル
【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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