JP3909903B2

JP3909903B2 - トルクリミッタ

Info

Publication number: JP3909903B2
Application number: JP35858096A
Authority: JP
Inventors: 幸治上村; 晋哉江隈; 勝利熊沢
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JPH10184719A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動力伝達機構中に設けられるトルクリミッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種の機器、機械、設備等の動力伝達機構中に配設され、一定値以上のトルクが作用したとき、すべりを発生させて動力伝達機構に許容限度以上の力が作用するのを防止し、過剰負荷から動力伝達機構を保護するトルクリミッタは公知である。
この種のトルクリミッタは、一般に、回転入力体と、回転入力体と同心に回転する回転出力体と、回転入力体と回転出力体との間に配置され摩擦力により回転入力体と回転出力体との間にトルクを伝達する摩擦部材で構成されている。
このようなトルクリミッタの摩擦部材として、従来、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維素材からなる基材に樹脂を含浸させたものや、繊維を配合したゴムが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの摩擦部材を使用したトルクリミッタはいずれも長期使用することでトルクの安定性に問題を生じ、耐久年数が短いという問題を有していた。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、長期使用した場合であってもトルクの安定性に優れ、耐久性を向上できるトルクリミッタを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、トルクリミッタにおいて、回転入力体と、前記回転入力体と同心に回転する回転出力体と、前記回転出力体と一体に回転するように前記回転出力体に取付けられ、前記回転入力体に圧接され、前記回転入力体との間に作用する摩擦力により、前記回転入力体と前記回転出力体との間にトルクを伝達する摩擦部材とを備え、前記摩擦部材および前記回転入力体が熱可塑性樹脂組成物から形成され、前記熱可塑性樹脂組成物はベース樹脂とこのベース樹脂に添加される第１の添加剤と第２の添加剤から構成され、前記ベース樹脂は、ポリアセタール樹脂またはポリフェニレンサルファイド樹脂であり、前記第１の添加剤は、オレフィン系重合体、スチレン系重合体およびフッ素系重合体から選択される１種または２種以上であり、前記第２の添加剤は、潤滑油、ワックス、脂肪酸、黒鉛、二硫化モリブデンおよびリン酸塩から選択される１種または２種以上であることを特徴とする。
【０００５】
本発明においてベース樹脂としては、ポリアセタール樹脂またはポリフェニレンサルファイド樹脂が使用される。
ポリアセタール樹脂としては、ポリアセタールホモポリマーの他、主鎖の大部分がオキシメチレン連鎖より成るポリアセタールコポリマーを使用することができる。
さらに、ポリアセタールを公知の方法で架橋またはグラフト共重合して変性させた樹脂も使用することができる。
具体的には、イー・アイ・デュポン社製ホモポリマー「デルリン（商品名）」、ポリプラスチックス社製コポリマー「ジュラコン（商品名）」が挙げられる。
ポリフェニレンサルファイド樹脂としては、架橋型、直鎖型いずれでもよく、具体的には、フィリップス社製「ライトン（商品名）」、トープレン社製「トープレンＰＰＳ（商品名）」、呉羽化学工業社製「フォートロン（商品名）」が挙げられる。
【０００６】
本発明において、前記ベース樹脂の摺動特性を向上させるために、第１の添加剤が用いられ、第１の添加剤として、オレフィン系重合体、スチレン系重合体およびフッ素系重合体から選択される１種又は２種以上が添加される。
オレフィン系重合体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の単独重合体およびこれらを主成分とする共重合体が挙げられる。
共重合体としては、エチレン−αオレフィン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−ビニルアセテート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸共重合体等が挙げられる。
さらに、前記単独重合体および共重合体にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−スチレン共重合体をグラフトした共重合体も含まれる。
上記オレフィン系重合体は、単独でまたは２種以上の混合物若しくは反応生成物の形で使用される。
本発明で使用するスチレン系重合体とは、ポリスチレン−ゴム中間ブロック−ポリスチレン構造を持つトリブロック共重合体またはラジアルブロック共重合体である。
ゴム中間ブロックとしては、ポリブタジエン、ポリイソプレンおよびこれらを水素添加したものが挙げられる。
上記ブロック共重合体として具体的には、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンブロック共重合体、ポリスチレン−ポリ（エチレン・ブチレン）−ポリスチレンブロック共重合体およびポリスチレン−ポリ（エチレン・プロピレン）−ポリスチレンブロック共重合体が挙げられる。
さらに、本発明では、上記ブロック共重合体に官能基を導入したものも使用できる。
導入される官能基としては、マレイン酸、エンドシス−ジシクロ［２，２，１］ヘプト−５−エン−２，３−ジカルボン酸（ナジック酸）、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、シトラコン酸ジメチル、マレイミド、塩化マレニルのグラフトモノマー等が挙げられ、特にマレイン酸、ナジック酸またはこれらの酸無水物が好ましい。
フッ素系重合体としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド等が挙げられる。
第１の添加剤の配合量は、オレフィン系重合体については０．３〜１０重量％、好ましくは０．５〜７重量％、スチレン系重合体については０．１〜１０重量％、好ましくは０．３〜６重量％、フッ素系重合体については２〜５０重量％、好ましくは２〜４０重量％である。
【０００７】
本発明においては、さらに摺動特性を向上させるために第１の添加剤に加えて第２の添加剤が用いられ、第２の添加剤として、潤滑油、ワックス、脂肪酸、黒鉛、二硫化モリブデンおよびリン酸塩から選択される１種または２種以上が添加される。
潤滑油としては、エンジン油、スピンドル油、タービン油、マシン油、シリンダー油、ギア油などの鉱油、ヒマシ油などの植物油、鯨油などの動物油、シリコーン油などの合成油が挙げられる。
ワックスとしては、パラフィンワックスの他、高級脂肪酸から誘導される脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、脂肪酸塩などが挙げられる。
リン酸塩としては、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の第三リン酸塩、第二リン酸塩、ピロリン酸塩、亜リン酸塩、メタリン酸塩が挙げられる。具体的には、第三リン酸リチウム（Ｌｉ_３ＰＯ_４）、第二リン酸リチウム（Ｌｉ_２ＨＰＯ_４）、ピロリン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｐ_２Ｏ_７）、第三リン酸カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）、第二リン酸カルシウム（ＣａＨＰＯ_４あるいはＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）およびピロリン酸カルシウム（Ｃａ_２Ｐ_２Ｏ_７）が挙げられる。
第２の添加剤の配合量は、０．１〜１０重量％、好ましくは０．３〜６重量％である。
【０００８】
また、本発明においては、熱可塑性樹脂組成物の補強を目的として第３の添加剤が用いられ、第３の添加剤として、ガラス粉末、炭素粉末（黒鉛は除く）、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカ、金属繊維、および金属粉末などから選択される１種または２種以上が１０重量％以下の割合で配合される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１はトルクリミッタの断面図を示す。
トルクリミッタ２は、回転入力体４と、この回転入力体４と同心に回転する回転出力体６と、摩擦力によりそれら回転入力体４と回転出力体６との間にトルクを伝達する二つの摩擦部材Ａ、Ｂとで構成されている。
前記回転入力体４は中心に孔４０２が形成された環板状を呈し、外周部には全周にわたって歯部４０４が形成されている。
前記回転出力体６は、フランジ部６０２と円筒部６０４とで構成され、フランジ部６０２と円筒部６０４とにわたって延在する中心孔６０６に軸８が挿通され、軸８と回転出力体６はキー９により一体に回転するように結合されている。
前記円筒部６０４は前記回転入力体４の孔４０２に挿通され、これにより回転入力体４が円筒部６０４により回転可能に支持されている。
前記摩擦部材Ａは環板状を呈し、前記フランジ部６０２が回転入力体４に臨む面に、フランジ部６０２と一体に回転するように取り付けられている。
前記摩擦部材Ｂは環板状を呈し、前記摩擦部材Ａと協働して回転入力体４を挟む位置に配置され、摩擦部材Ｂは円筒部６０４に軸方向に移動可能にかつ円筒部６０４と一体に回転するように円筒部６０４に組み付けられている。
【００１０】
更に、円筒部６０４にはバネ押さえ部材１２が取り付けられ、このバネ押さえ部材１２と前記摩擦部材Ｂとの間で円筒部６０４上に、摩擦部材Ｂを回転入力体４に、回転入力体４を摩擦部材Ａに圧接するコイルスプリング１４が巻装されている。
このような構成において、歯部４０４から回転入力体４に外部からの動力が伝達されると、回転入力体４が回転し、回転入力体４と摩擦部材Ａ、Ｂの摩擦力によりフランジ部６０２及び円筒部６０４が回転され、これにより回転出力体６が回転する。
そして、ある許容限度以上のトルクが作用すると、回転入力体４と摩擦部材Ａ、Ｂとの間にすべりが生じ、すべりトルク以上のトルクの伝達が防止される。
【００１１】
（供試体の作製）
以上のような構成において、回転入力体４と、摩擦部材Ａ、Ｂとについて供試体を作製した。
すなわち、実施例として表１に示す成分割合で撹拌混合した後、二軸押出機により溶融混合し、ペレット状の組成物Ａ乃至Ｇを調整し、このペレットを用いてスクリュー型射出成型機により回転入力体４と摩擦部材Ａ、Ｂを作製した。
また、比較例として組成物Ｘ、Ｙを調整し、この組成物Ｘ、Ｙから回転入力体４と摩擦部材Ａ、Ｂを作製した。
【００１２】
【表１】

【００１３】
表１に用いた各成分は以下のとおりである。
（ベース樹脂）
・ポリアセタール樹脂：
ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製「ジュラコンＭ９０（商品名）」
・ポリフェニレンサルファイド樹脂
ＰＰＳ１：トープレン社製「トープレンＰＰＳＴ−４（商品名）」
ＰＰＳ２：呉羽化学工業社製「フォートロンＷ−２１４（商品名）」
（第１の添加剤）
・オレフィン系重合体
オレフィン１：ジシクロペンタジエンをジエン成分とするエチレン−プロピレン−ジエン共重合体４５重量％、エチレン−ビニルアセテート共重合体４５重量％およびエチレン−ヘキセン−１共重合体１０重量％を溶融混合して得られるオレフィン系重合体
オレフィン２：超高分子量ポリエチレン三井石油化学工業社製「ミペロンＸＭ−２２０（商品名）」
オレフィン３：エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体にアクリロニトリル−スチレン共重合体をグラフトした共重合体
・スチレン系重合体
ＳＥＢＳ−Ｍ：ゴム中間ブロックがポリブタジエンの水添ポリマーで、官能基が無水マレイン酸であるスチレン系熱可塑性エラストマー旭化成工業社製「タフテックＭ（商品名）」
・フッ素系重合体
ＰＴＦＥ１：三井デュポンフロロケミカル社製ポリテトラフルオロエチレン「テフロン７ＡＪ（商品名）」
ＰＴＦＥ２：喜多村社製ポリテトラフルオロエチレン「ＫＴ３００Ｍ（商品名）」
ＰＴＦＥ３：ダイキン工業社製ポリテトラフルオロエチレン「ルブロンＬ−５（商品名）」
ＰＦＡ：テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体
【００１４】
（第２の添加剤）
鉱油、脂肪酸エステル、脂肪酸、黒鉛、二硫化モリブデン、Ｌｉ_３ＰＯ_４、Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２
（第３の添加剤）
炭素粉末、ガラス繊維、銅錫合金粉末
【００１５】
（性能評価）
回転入力体４と摩擦部材Ａ、Ｂの材質を、実施例として上記組成物Ａ乃至Ｇを組み合わせて、また、比較例として組成物Ｘ、Ｙを組み合わせて評価を行った。
回転出力体６を固定し、回転入力体４を回転させて発生するすべりトルクを測定した。
試験条件
ばねによる押圧荷重：４〜８ｋｇｆ（試験開始後の安定トルクが８００ｇｆ・ｃｍとなるように選択）
回転速度：７８ｒｐｍ
試験時間：４００時間
評価項目
１スティックスリップの有無
２最大トルクと最小トルクの差
（例えば、試験開始時と試験終了時のトルク差等）
３トルクの変動の様子
３についての評価は○、△、×で表示した。
○は、トルクの小刻みな変動もなく異常トルクの発生もなく試験時間全体を通して安定していたことを示し、
△は、トルクの小刻みな変動があったことを示し、
×は、トルクが常に激しく変動していたことを示す。
以上の試験結果を表２（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００１６】
【表２】

【００１７】
表２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施例によれば、スティックスリップが生ぜず、また、最大トルクと最小トルクの差も比較例に比べて１／１０〜１／４程度に減少し、更に、トルクの安定性に優れていることが判明される。
【００１８】
尚、本発明は図１に示すトルクリミッタのみならず、図１以外の種々の構造のトルクリミッタに広く適用される。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明は、トルクリミッタにおいて、回転入力体と、前記回転入力体と同心に回転する回転出力体と、前記回転出力体と一体に回転するように前記回転出力体に取付けられ、前記回転入力体に圧接され、前記回転入力体との間に作用する摩擦力により、前記回転入力体と前記回転出力体との間にトルクを伝達する摩擦部材とを備え、前記摩擦部材および前記回転入力体が熱可塑性樹脂組成物から形成され、前記熱可塑性樹脂組成物はベース樹脂とこのベース樹脂に添加される第１の添加剤と第２の添加剤から構成され、前記ベース樹脂は、ポリアセタール樹脂またはポリフェニレンサルファイド樹脂であり、前記第１の添加剤は、オレフィン系重合体、スチレン系重合体およびフッ素系重合体から選択される１種または２種以上であり、前記第２の添加剤は、潤滑油、ワックス、脂肪酸、黒鉛、二硫化モリブデンおよびリン酸塩から選択される１種または２種以上である構成とした。
そのため、長期使用した場合であってもトルクの安定性に優れ、耐久性を向上できるトルクリミッタが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルクリミッタの断面側面図である。
【符号の説明】
２トルクリミッタ
４回転入力体
６回転出力体
８軸
１０ばね押え部材
１２コイルスプリング
Ａ、Ｂ摩擦部材

Claims

トルクリミッタにおいて、
回転入力体と、
前記回転入力体と同心に回転する回転出力体と、
前記回転出力体と一体に回転するように前記回転出力体に取付けられ、前記回転入力体に圧接され、前記回転入力体との間に作用する摩擦力により、前記回転入力体と前記回転出力体との間にトルクを伝達する摩擦部材とを備え、
前記摩擦部材および前記回転入力体が熱可塑性樹脂組成物から形成され、
前記熱可塑性樹脂組成物はベース樹脂とこのベース樹脂に添加される第１の添加剤と第２の添加剤から構成され、
前記ベース樹脂は、ポリアセタール樹脂またはポリフェニレンサルファイド樹脂であり、
前記第１の添加剤は、オレフィン系重合体、スチレン系重合体およびフッ素系重合体から選択される１種または２種以上であり、
前記第２の添加剤は、潤滑油、ワックス、脂肪酸、黒鉛、二硫化モリブデンおよびリン酸塩から選択される１種または２種以上である、
ことを特徴とするトルクリミッタ。
前記第１の添加剤はオレフィン系重合体であり、オレフィン系重合体は、０．３〜１０重量％で配合されている請求項１記載のトルクリミッタ。
前記第１の添加剤はスチレン系重合体であり、スチレン系重合体は、０．１〜１０重量％で配合されている請求項１または２記載のトルクリミッタ。
前記スチレン系重合体は、ポリスチレン−ゴム中間ブロック−ポリスチレン構造を持つトリブロック共重合体またはラジアルブロック共重合体である請求項３記載のトルクリミッタ。
前記第１の添加剤はフッ素系重合体であり、フッ素系重合体は、２〜５０重量％で配合されている請求項１、２、３または４記載のトルクリミッタ。
前記第２の添加剤は、０．１〜１０重量％で配合されている請求項１、２、３、４または５記載のトルクリミッタ。
前記ベース樹脂には第３の添加剤が添加され、第３の添加剤は、ガラス粉末、炭素粉末、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカ、金属繊維および金属粉末から選択される１種または２種以上である請求項１、２、３、４、５または６記載のトルクリミッタ。
前記第３の添加剤は、１０重量％以下の割合で配合されている請求項７記載のトルクリミッタ。