特集 1

機械要素技術▲

モーション制御向け
樹脂製機械要素の技術㈱TOK に聞く

高耐久性有限角ダンパー

扉や機械装置の蓋の開閉、ブラインドの昇降装置などでは、“途中で動作を止める”、“任意の速度に調整する”などの機能を持たせることがある。そうした動作の制御には、クラッチ、ダンパー、ブレーキなどの樹脂材料を中心とした機械要素が用いられている。
現在、上記の機械要素に加え、TOK（旧トックベアリング）では、基本的なモーション制御機器に加え、各種動作を組み合わせた製品を開発している。本稿では、

図2

双方向クラッチ

TOKの各種の機械要素の基礎構造と応用技術について話を聞いた。

1． ワンウェイクラッチの動作と応用例について
基本動作と使用例
ワンウェイクラッチは、一方向にのみ同品は、通常のワンウェイクラッチと同
図1

ワンウェイクラッチの動き等のクラッチ機能を持つが、ロック方向に負荷（600mN・m以上）を与えるとロック方向が切り替わり、空転方向も逆転すでころを配置しており、このころは軸がる。この機構を使用することにより、扉ロック方向に回転したとき、六角形の金や蓋を、開閉の両方で途中停止できるよ

動力を伝達する機構を持つ機械要素。同具と軸の間に挟まり、動力を伝達する。 うになる。また、手動式のシャッターで品は、複写機の給紙部や排紙機構などに逆に、軸が反対方向に回転した場合には、 もシャッターを任意の位置で止められる使用されている。

ころは挟まらずに空転するため、動力を楔の原理を利用しており、動力を伝達したい方向に回転したときだけ、内部のころが噛み合い、回転を伝える。逆回転をした場合には、ころが噛み合いからはずれ、空転する仕組みだ（図 1）。中心の軸と六角形の金属の両方に接触した状態
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伝達しない。
応用例
ワンウェイクラッチの応用した技術を2点挙げる。
まず、正逆両方へロックすることのでようになる。
動作原理は、従来のワンウェイクラッ
チが片方の方向にしか楔効果を発揮しないのに対し、同品では双方に楔効果を発揮させるよう、内部の金具が可動するこで、楔効果の方向を変えられることにあきる双方向クラッチを紹介する（図 2）。 る。
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きている。
紙幣を搬送するためのフィルムのアッセンブリーや、紙幣を巻き取るドラム部品、シャフトのユニット化などの開発が進められ、用途に適した状態で提供できるようになっている。

3． 各種ダンパーの種 類と応 用製品について
図4

トルクリミッター

ダンパーの種類
ダンパーには、直動ダンパーとロータリーダンパーがある。直動ダンパーは、

図3

逆入力ロッククラッチ

上から自重落下する扉や蓋など、緩衝機構が必要となる動きをするものに取り付

次に挙げる、逆入力ロッククラッチもつ紙を搬送する際、2 枚以上の紙がまとけられる。直動ダンパーには、オイル・ワンウェイクラッチの応用品といえる

めて搬送されることを防止する役割を持

ガス封入方式や摩擦を利用した衝撃吸収（図3）。対象物を昇降させる際に、操作をつ。分離ローラーには、給紙ローラーの方式（図6）などの種類がある。

止めると、どこの位置でも固定されて、 駆動トルク未満で空転するトルクリミッ落下することがないため、ブラインドなどの昇降機能に用いられる。

ターを配置する（図5）。

一方、ロータリーダンパーは、様々な場所の棚、扉、蓋などが閉じる速度を緩紙の搬送時、分離ローラーは給紙とはやかにさせる機械要素である（図 7）。扉

同品は、入力部材と出力部材、固定部逆の方向（紙を戻す方向）に回転する。たが急にしまることを防ぐほか、ゆっくり材で構成される。通常時、出力部材がコだし、給紙ローラーと接触、もしくは紙1と閉まることで感じられる高級感の演出

イルスプリングにより締めつけられるこ枚のみと接触している場合には、給紙に用いられている。とで、出力部材と固定部材がロックしてローラーの回転トルクが設定したトルク応用例いる状態になる。入力部材から力を加えを上回るため、トルクリミッターが空転て回転させるときは、スプリングを緩まし、給紙方向に回転する。

せながら回転する仕組みとなっており、オイル式ブレーキは、ブラインドなどの昇降システムに使用することで、ゆっ紙 2 枚が搬送されてきた場合には、給くりと降ろすことができるブレーキ機構

ロックを解除した状態で出力部材に回転

紙ローラーの駆動トルクが 1 枚目の紙のである。同品の内部には粘性オイルを使を伝達する。そのため、出力部材は常にみに伝わり、2 枚目の紙に接触している用したダンパー機構が採用されている。

ロックがかかり、入力部材からの力が伝分離ローラーには伝わらないため、トル

従来のブレーキ機構には、歯車を使用し達されたときのみに、動力が伝わるようクリミッターが空転せず、給紙と反対方た遠心ブレーキが用いられていた。しかになっている。

向に回転し、2 枚目の紙は給紙カセットし、ギヤやブレーキの騒音が発生してい2． トルクリミッターの機構と展開についてに戻される。

たため、静音性の高いブレーキが求めらトルクリミッターの展開れていた。そこで同品が開発された。

券売機など金銭機器では、紙幣の搬送

この装置は、オイルが充填されたダン用途と機構にトルクリミッターが使用される。最近

パー内をピストンが移動することで、ピ回転用途で使用され、設定したトルクでは、トルクリミッターのみでなく、そストンとダンパー内部壁面との間の狭いを超えたときに、入力軸と出力軸が空回の周辺機器をユニット化する要求も出て隙間にオイルが流れ、ブレーキ力を得てりしてトルク伝達を遮断する仕組みを持
つ機械要素を、トルクリミッターという（図4）。用途としては、OA機器の給紙装置での紙重送防止や、モーターの過負荷防止、ネジのトルク管理などがある。プリンターなどの給紙装置でのトルクリミッターの使用例では、給紙ローラーに接する分離ローラーが挙げられる。
分離ローラーは給紙ローラーが 1 枚ず
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図5

給紙重送防止のモデル図

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2この高耐久性能ダンパーは、従来品の耐久回数が 5 万回程度であるのに対し、30 万回を実現している。この大幅な耐久性向上には、①金属製の滑り軸受を使用②弁にリードベーン方式を採用─ の二つの理由が挙げられる。①では、外部に露出するシャフト（SUS製）を支える軸受
図6

摩擦方式の直動ダンパー部にメタルブッシュを採用し、軸受部の摩耗によるシャフトの傾きを抑制することで、耐久性向上に貢献している。②は、従来品では強度を確保するためフィラー入り樹脂を利用していたが、ベーンハウジングを摩耗させてしまうため、リードベーン方式を採用している。

4． 今後の開発方向
図7

ロータリーダンパー（有限角仕様）

図8

オイル式ブレーキ

現在、同社では、樹脂ベアリング（図10）、ワンウェイクラッチ、トルクリミッター、ダンパー機構などの技術を組み合わせた製品の開発を行っている。同社の薄型の高トルクダンパーでは、シリコーンオイルを使用したダンパー機構とワンウェイクラッチを利用するなど、機構を組み合わせることで、複雑なモーション制御にも対応する。今後も、ニーズに対応した製品を開発していく考えだ。

図9

高耐久性有限角ダンパー

図 10

樹脂ベアリングいる（図 8）。ダンパー内は、シャフトがす。さらにブラインドが低い位置まで降回転すると移動するピストンで仕切られりてきたときには、クリアランスを大きており、昇降システムの上昇時は、ピスく取ることでオイルが移動する際の抵抗トンのベーンを開放してオイルの抵抗が力を小さくし、ブレーキ力を弱める。

小さい状態にすることで、ブレーキ力を次に高耐久性を持つ有限角ダンパーを。同品は負荷変動に対応す弱め簡単に上昇できるようにしている。 挙げる（図 9）
逆にブラインド落下時にはベーンが閉じるダンパーで、使用頻度の高い公共のトることでオイルの流れに強い抵抗が発生イレの蓋やドアなどに用いられる。ダンし、ゆっくりとブラインドが落下するよ

パー内部の空間にはシリコーンオイルがうになる。

充填されており、オイルが狭いところをさらに、ブラインドは自重があるため降ろしていくにつれて負荷が軽くなって通る際の抵抗力を利用してブレーキ力を得ている。

いくため、一定の速度で落下させるには、同品は閉じ際でスローダウンして閉まブレーキ力を徐々に弱めていく必要がある機構を持つが、自動調圧機構を内蔵する。ブラインドが巻取り部分に近い高いることで、重量が変わっても同じ速度で位置にあるときは、大きなブレーキ力が締めることができる。また、同品の使用必要になる。そのため、ピストンとダン温度は、─ 5〜70℃と設定しているが、高パー内部壁面とのクリアランスを小さく温時のオイルの膨張分を吸収する機構で取ることでオイルの移動の抵抗力を増やあるアキュムレーターを内蔵している。

3月刊トライボロジー

2017.62017.6

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