JP4695352B2 - トルクリミッタ用潤滑油、潤滑グリースおよびトルクリミッタ - Google Patents
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Description
これらトルクリミッタの内輪とばねまたは摩擦板、摩擦板と摩擦板間の摩耗、異常発熱、焼付き異音等を防止するために潤滑油、潤滑グリースが用いられている。また、トルクリミッタの内輪は金属の焼結材となっており、潤滑油を含浸させて使用する潤滑機構となっている。
従来、トルクリミッタ用潤滑油および潤滑グリースには、鉱物油、芳香族化合物、エステルなどを基油に使用し、耐摩耗剤等の各種添加剤を用途に応じて添加したものが多く使用されている。トルクリミッタに必要とされる性能は、長期間に渡っての油膜確保・維持であり、いかに金属接触を抑制し、摩擦係数を安定化できるかによりトルクリミッタの性能が左右される。特に、複写機、プリンタ等の紙送り装置やリボン・シート等のテンション機構に使用されるトルクリミッタには、トルクの変動が極めて少なく、かつ金属接触音を発生しない潤滑剤が要望されている。
さらに、トルクリミッタの周辺部品には加工性の良いポリカーボネート樹脂やABS樹脂などの樹脂が使用され、トルクリミッタに使用される潤滑油等の漏洩等による油やその蒸気等の接触によって樹脂材にヒビ、ワレや面粗れが発生し、いわゆるケミカルアタック現象が生じる場合がある。例えば、エステルや芳香族化合物を基油に用いた潤滑油等は、油膜形成能力が高くトルクリミッタに必要とされるトルク性能等を満足させる潤滑油等として知られているが、そのような分子内に芳香環や極性基を持つ基油を主体とする潤滑油等は、ケミカルアタックを起こしやすく、また、エステル系基油は高温・高湿下で加水分解を生じやすいという問題がある。
耐ケミカルアタック性を抑えるために、基油に防錆剤および酸化防止剤が配合された防錆油が知られており、該防錆油は、上記基油がポリオレフィン油を含有し、上記防錆剤がスルホン酸の金属塩およびモノカルボン酸の金属塩から選ばれた少なくとも1つの金属塩であり、上記酸化防止剤がフェノール系酸化防止剤としている(特許文献5)。
また、トルクの変動が少なく、油膜切れによる金属接触を抑制することによりトルクリミッタの長寿命化を可能とし、かつ耐樹脂性に優れたトルクリミッタ用潤滑油および潤滑グリースとして、基油が、合成飽和炭化水素化合物であり、かつ、潤滑油全量に対し、脂肪族系のリン酸エステルおよび亜リン酸エステルから選択される少なくとも1種のリン酸系エステルを1〜8重量%配合してなるトルクリミッタ用含浸軸受潤滑油または潤滑グリースが知られている(特許文献6)。
本発明のトルクリミッタ用潤滑グリースは、40℃における動粘度が500〜1200mm2/sの合成飽和炭化水素油からなる基油に乳化剤および増ちょう剤が配合されてなることを特徴とする。
上記トルクリミッタ用潤滑油または潤滑グリースに用いられる、上記合成飽和炭化水素油がポリオレフィン油であり、上記乳化剤が下記[化3]で表されるスルホン酸金属塩であり、また、ケミカルアタック性を生じさせない溶媒に溶解された溶液であることを特徴とする。
[化3]
(RSO 3 )nM
([化3]において、Rはアルキル基、アルケニル基であり、Mは金属を表し、アルカリ土類金属またはアルカリ金属であり、nは1または2である。)
上記基油としては、特にポリ−α−オレフィンが好ましく用いられ、所定の基油粘度にするために、異なる粘度のポリ−α−オレフィンを2種類以上混ぜて使用できるが、単独で使用することが好ましい。
[化3]
(RSO3)nM
[化3]において、Rとしてはアルキル基、アルケニル基、アルキルベンゼンであり、Mは金属を表し、アルカリ土類金属またはアルカリ金属が好ましい。具体的にはカルシウム、バリウム、マグネシウム、ナトリウム等を例示できる。nは1または2である。本発明においては、上記のものを2種以上組み合わせて使用することができる。
スルホン酸金属塩の鉱物油または合成飽和炭化水素油溶液中におけるスルホン酸金属塩の濃度としては、20〜80重量%、好ましくは30〜70重量%である。このため、スルホン酸金属塩鉱物油等溶液の配合量は、基油全量に対し、2.5〜15重量%になる。
潤滑グリースとする場合の増ちょう剤は、基油中に分散し、ミセル構造をとって半固体状を呈する役割を担うものであり、ナトリウム石けん、リチウム石けん、カルシウム石けん、バリウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウムコンプレックス石けん、リチウムコンプレックス石けん、バリウムコンプレックス石けん等の金属石けん等やべントン、シリカエアロゲル、ナトリウムテレフタレート、ウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ヒドロキシアパタイト、ポリエチレンパウダー等の無機物、ウレア化合物、ワックス類等の非石けん系を用いることができる。好ましくは、機械的安定性や耐熱性、耐水性などトー夕ル的にバランスのとれた性能を有するリチウム系の石けんやウレア化合物等の増ちょう剤が好適である。
リン酸エステルとしては、下記[化4]で表されるものが使用される。
[化4]
(RO)3P=O
上記[化4]において、Rとしてはアルキル基、アルケニル基またはアリール基が挙げられる。
図1に示すトルクリミッタは、コイルばね2の内輪1に対する緊縛力によりトルクを発生させる摩擦式リミッタである。トルクリミッタは金属製内輪1の外側に、大径部、小径部のあるコイルばね2が設けられ、ばねのフック2a、2bで蓋3、外套4に係り止めされている。外套4に圧入されている蓋3を回転させることにより、ばね2の内輪に対する緊迫力が連続的に変化してトルク調整は自由自在である。ばねの巻き方向により内輪の回転方向は制限される一方向回転トルクリミッタである。
次に、トルクリミッタ用潤滑油および潤滑グリースを実施例により具体的に説明する。実施例および比較例で用いた各成分の略号は次のとおりである。また、配合割合は重量%で示されている。EM1〜EM3は溶液をそのまま用いた。
PAO1:ポリ−α−オレフィン油(40℃動粘度:200mm2/S)
PAO2:ポリ−α−オレフィン油(40℃動粘度:900mm2/S)
TCP:リン酸トリクレジル
EM1:スルホン酸金属塩系乳化剤1(松村石油社製、スルホールCA−45N、スルホン酸金属塩として45重量%含有)
EM2:スルホン酸金属塩系乳化剤2(松村石油社製、スルホールBA−30N、スルホン酸金属塩として31重量%含有)
EM3:スルホン酸金属塩系乳化剤2(松村石油社製、スルホール400、スルホン酸金属塩として62重量%含有)
<トルク安定性試験>
試験機は内製化したものを用い、評価に使用したトルクリミッタは、弊社製NTS18を用いた。図5はそのトルク安定性試験機の構造を説明するための図であり、軸回転用のモー夕6とトルク検出用のロードセル7、カップリング8、歪計9および記録計10からなる。回転軸に各サンプルオイルを含浸させた焼結内輪を用いたトルクリミッタ11をセットし、リミッタのトルク発生方向に回転させることにより、発生トルクはロードセルに伝わり、記録計により記録させるものである。なお、低速モー夕12は、高速モー夕6と切り替えて使用するものである。また、図5の左側の図は、上部から見た図である。
試験条件は、設定トルク500gf・cm、回転数50rpm、運転サイクル15秒間運転−1秒間停止の間欠運転、雰囲気温度:40℃、湿度:90%、試験時間400時間とし、測定項目は試験後の手感、0時間、200時間、400時間毎のトルクの変化(経時変化、1分間のトルク変動)、運転中のビビリ有無の確認を実施した。図5に示すトルク測定試験機により時間毎のトルク測定を行なった。試験結果表3中の○、×はトルクの安定性試験における結果を表す記号であり、1分間のトルク測定の結果、トルク低下が30gf・cm以下を「○」、30gf・cmをこえるものを「×」とした。それ以外の項目では、試験後の手感が良好だったものには「○」、不良だったものは「×」とした。
トルクリミッタの周辺部品には加工性の良いPC(ポリカーボネート)樹脂やABS樹脂などが用いられ、トルクリミッタに用いられる潤滑剤の漏洩などによる、潤滑油または潤滑グリースとの接触により、樹脂材にヒビやワレが発生する可能性がある。そこで、本発明の潤滑油の耐ケミカルアタック性を確認するために、PC(ポリカーボネート)樹脂、ABS樹脂にて耐ケミカルアタック性のテストを行なった。
耐ケミカルアタック性は、潤滑グリース等が表面に塗布されたポリカーボネート樹脂板およびABS樹脂板に機械的応力を加えた後の樹脂板表面を観察するベンディング試験法により評価できる。
ベンディング試験法について説明する。
(1)試験装置
ベンディング試験装置の模式図を図6に示す。
試験装置13は、所定の試験片支持点距離(L)をおいて両端が移動自在に支持された試験片14と、この試験片14を載置できる試験台15と、試験片14にたわみ量(B)を与えるプローブ16と、このプローブ16を支持して、プローブ16の前進後退を可能とするたわみ量調整装置17とから構成される。
(2)試験条件
曲げ試験片: 127mm(長さ)× 12.7mm(幅)× 6.5mm(板厚)
試験片支持点距離: 100mm
試験片撓み量(支持点間距離の中心部の撓み量): 3.5mm
試験温度: 70℃
保持時間: 3時間
試験片材質1:ユーピロン S2000R(PC樹脂;三菱エンジニアリングプラスチックス社製)
試験片材質2:スタイラック 321(ABS樹脂;旭化成社製)
(3)試験方法
三点曲げ試験による。120℃で2時間アニール処理をした曲げ試験片の表面に潤滑油または潤滑グリースを塗布し、上記支持点距離で支持して塗布面の裏面より撓み量を与えて75℃×3時間空気中にて保持する。保持後のクラック有無を目視で確認する。試験片に割れ、ヒビが発生しなかった場合を「○」、試験片に割れ、ヒビが発生した場合を「×」とした。
JIS K 2520に準じて乳化性テストを行なった。トルクリミッタ用潤滑油と水とを重量比で1:1の割合で混合攪拌して乳化度合いを測定した。トルクリミッタ用潤滑グリースについては、基油について水との乳化度合いを測定した。テストの結果、乳化したものを「○」、水と潤滑油に分離したものを「×」とした。
本試験のトルク安定性の試験から、特に高湿環境においてトルクリミッタのトルク安定性を図るためには、軸受表面に付着しているオイル中に水を乳化させることが必要であり、本発明で見出された乳化剤がその作用に大きく関係することが示唆された。乳化剤が含まれていない比較例5、6、17では、乳化できない水が基油に混入して油膜切れが発生しトルク性能が不良となる。各比較例に示されているように、乳化剤の添加量が、溶液として、3〜15重量%であっても基油粘度が低い場合には油膜形成能が低いためにオイルに水が浸入して乳化してもビビリが発生する。また、乳化剤が溶液として15重量%をこえると、基油への溶解度の問題及び長期のトルク安定性に問題が生じ、耐ケミカルアタック性にも悪影響を及ぼす(比較例12、22)。さらに、耐摩耗剤として使用するリン酸エステルにも最適量が存在し、その使用量が1重量%未満であるとトルク安定効果が乏しく、8重量%をこえると、その性能以外の耐ケミカルアタック性に悪影響を及ぼしてくる(比較例13、23)。
以上の結果より、高温・高湿環境下においてもトルク安定性能に優れかつ耐ケミカルアタック性にも優れるトルクリミッタ用潤滑油または潤滑グリースとしては、基油が合成炭化水素化合物であり、基油100重量%に対し、リン酸エステルを1〜8重量%配合し、かつ、乳化剤としてスルホン酸塩を基油100重量%に対し、溶液として3〜15重量%配合するものが好適と考えられる。
2 コイルばね
3 蓋
4 外套
5 摩擦板
6 高速モー夕
7 ロードセル
8 カップリング
9 歪計
10 記録計
11 トルクリミッタ
12 低速モー夕
13 ベンディング試験装置
14 試験片
15 試験台
16 プローブ
17 たわみ量調整装置
Claims (7)
- 40℃における動粘度が500〜1200mm2/sの合成飽和炭化水素油からなる基油に乳化剤が配合され、前記合成飽和炭化水素油がポリオレフィン油であり、前記乳化剤が下記[化3]で表されるスルホン酸金属塩であることを特徴とするトルクリミッタ用潤滑油。
[化3]
(RSO 3 )nM
([化3]において、Rはアルキル基、アルケニル基であり、Mは金属を表し、アルカリ土類金属またはアルカリ金属であり、nは1または2である。) - 前記乳化剤は、ケミカルアタック性を生じさせない溶媒に溶解された溶液であることを特徴とする請求項1記載のトルクリミッタ用潤滑油。
- 前記基油に下記[化4]で表されるリン酸エステルが配合されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のトルクリミッタ用潤滑油。
[化4]
(RO)3P=O
([化4]において、Rはアルキル基、アルケニル基またはアリール基である。) - 40℃における動粘度が500〜1200mm2/sの合成飽和炭化水素油からなる基油に乳化剤および増ちょう剤が配合され、前記合成飽和炭化水素油がポリオレフィン油であり、前記乳化剤が下記[化3]で表されるスルホン酸金属塩であることを特徴とするトルクリミッタ用潤滑グリース。
[化3]
(RSO 3 )nM
([化3]において、Rはアルキル基、アルケニル基であり、Mは金属を表し、アルカリ土類金属またはアルカリ金属であり、nは1または2である。) - 前記乳化剤は、ケミカルアタック性を生じさせない溶媒に溶解された溶液であることを特徴とする請求項4記載のトルクリミッタ用潤滑グリース。
- 前記基油に下記[化4]で表されるリン酸エステルが配合されていることを特徴とする請求項4または請求項5記載のトルクリミッタ用潤滑グリース。
[化4]
(RO)3P=O
([化4]において、Rはアルキル基、アルケニル基またはアリール基である。) - 外部部材の内部に内輪を嵌合し、該内輪と前記外部部材との間にトルク伝達部材を介在し、前記内輪と前記外部部材との相対回転時に前記内輪と前記トルク伝達部材との間の摩擦により所定のトルクを生じさせるようにしたトルクリミッタにおいて、
前記各部材間の摺動が請求項1記載のトルクリミッタ用潤滑油または請求項4記載のトルクリミッタ用潤滑グリースを含浸させてなることを特徴とするトルクリミッタ。
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