JP4781543B2

JP4781543B2 - トルクリミッタ用潤滑油及び潤滑グリース

Info

Publication number: JP4781543B2
Application number: JP2001046476A
Authority: JP
Inventors: 義彦大條; 克己長野; 声一高田; 正明本多
Original assignee: NTN Corp; Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JP2002249794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクリミッタの油膜形成能力を高め、軸受寿命の延長と発生トルクの安定化を図るために用いられる潤滑油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクリミッタには、ばねの内輪に対するラジアル方向の緊縛力を利用したもの、摩擦板をばねで摩擦板にスラスト方向に押し当ててすりあわせてトルクを発生させるものがあるが、いずれも摩擦力によりトルクを発生させている。トルクリミッタに関する先行技術としては、特開平８-２７０６７５号公報、特開平７-３０１２４８号公報、特開平６-２３５４４７号公報、実開平５-８０６２号公報等がある。
【０００３】
例えば、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は設けられ、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。
【０００４】
図２に示すトルクリミッタは金属製内輪１の外側に円筒状のコイルばね２が設けられており、ばねのフック２ｂにて外套４に係り止めされている。また、円筒状バネであるため、トルク調整は出来ないが、内輪に対する締め代を変化させたものを組み合せることによりばねの緊迫力は変化し、トルク値は決まり、トルク調整は可能となる。本形状も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。
【０００５】
図３に示すトルクリミッタはセパレート型の金属製内輪1の外側に図2と同様に円筒状のコイルばね２が設けられている。また、ばねは円筒状のため、トルク調整は出来ないが内輪に対するばねの締め代によりトルク値は決定される。本形状もばねの巻き方向により内輪の回転方向は制限される。
図4に示すトルクリミッタは金属製内輪１に摩擦版５がばね２により押し当てられており、内輪−摩擦板間に働く摩擦力にてトルクを発生させるものである。ばね２の押し当て力により摩擦力を変化させることが出来るために、トルク調整は可能である。本形状は内輪の回転方向はばねの巻き方向に依存しない。
【０００６】
これらトルクリミッタの内輪とばね又は摩擦版、摩擦板と摩擦板間の摩耗、異常発熱、焼き付き異音等を防止するために潤滑油、グリースが用いられている。通常、トルクリミッタの内輪は金属の焼結材となっており、潤滑油やグリースを含浸させて使用する潤滑機構となっている。
トルクリミッタ用潤滑油及び潤滑グリースには、鉱物油、アルキルナフタレン、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で軸受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、且つ金属接触音を発生しない潤滑剤が要望されている。
【０００７】
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やＡＢＳ樹脂などの非結晶性の樹脂が使用され、トルクリミッタに使用される潤滑剤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、ワレや面荒れが発生する場合がある。
【０００８】
市販潤滑油では油膜切れが早期に発生して異音の原因になったり、異音が発生しなくても摩擦低減効果が高すぎてトルク低下を引き起こすことが問題となっている。複写機、プリンタの給紙部にはトルクリミッタが持つ発生トルクを利用して、紙さばき機構部品として使用される。問題となるトルク低下及び異音は、長期間の使用による摩擦面の摩耗及び潤滑剤のせん断によって発生する。また、使用頻度が極めて高い装置になると発熱による潤滑剤の粘度低下からも性能低下が生じる。更に、トルクリミッタに使用されている潤滑剤が何らかの原因によりトルクリミッタ外部に漏洩や蒸発した場合、周辺部品、特にポリカーボネートやＡＢＳ樹脂等の非結晶樹脂材への影響が懸念されるため、そのような樹脂材との相溶性の小さい潤滑剤が要求される。例えば、分子内に芳香環を有するナフテン系の鉱油やアルキルナフタレン又はアルキルジフェニルエーテルを基油に用いた潤滑剤は、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剤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剤では非結晶性樹脂材を侵してしまう。このようなトルクリミッタに必要とされる潤滑性能（トルク性能）と耐樹脂性の両方を満足できるような潤滑剤は存在しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、摩擦式トルクリミッタにおいて、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軸受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及び潤滑グリースを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ばね自身の緊縛力によりトルクを発生させる機構又は摩擦板をばねで押し付けることによりトルクを発生させる機構を有するトルクリミッタにおいて、使用する潤滑油及び潤滑グリースの基油が、合成飽和炭化水素化合物であり、且つ、基油１００重量部に対し、トリオレイルリン酸エステル及び及びトリオレイル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３〜５重量％配合してなるトルクリミッタ用含浸軸受潤滑油又は潤滑グリースである。基油としては、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリ−α−オレフィン又はエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物あるいはそれらの混合物が採用される。
【００１１】
本発明に用いる基油としては、飽和合成炭化水素油であるが、好ましくはα-オレフィンのオリゴマーであり、例えばブテン-1、イソブチレン-1、α−オクテン、デセン-1等の炭素数３〜２０程度α-オレフィンの重合体又は共重合体があり、これらは通常、常温液状のオリゴマーである。共重合体としては、エチレンと上記α-オレフィンの共重合体がある。本発明においては、基油として上記のものを２種以上組み合わせて使用することができる。
【００１２】
好ましい基油としては、ポリ−α−オレフィンあるいはエチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物が挙げられる。ポリ−α−オレフィンとしては炭素数６〜１８のα−オレフィンのオリゴマー水素化物が好ましく使用され、エチレン−α−オレフィン共重合体としては、エチレンと炭素数３〜１０のα−オレフィンの共重合体水素化物が好ましく使用される。
【００１３】
上記の基油は低温流動性に優れ、かつ高温領域での粘度変化が小さいため油膜形成能力が高い。従って、トルクリミッタの異音ならびに軸受の摩耗を抑制する効果が大きく、軸受の長寿命化が図れる。また、粘度−温度特性に優れるためトルクリミッタ回転数の変化に対するトルクの変動を小さく抑えることができる。さらに、これらの基油は耐樹脂性に優れるため、何らかの原因によりトルクリミッタ外部に潤滑油組成物が漏洩した場合、周辺部品の樹脂材に接触した場合にも、樹脂材を侵す問題も生じない。
【００１４】
本発明の潤滑油又はグリースには耐摩耗剤として、脂肪族系のリン酸エステル及び亜リン酸エステルから選択されるリン酸系エステルが配合される。これらは、比較的樹脂材との相溶性が小さい点で優れるが、好ましくは脂肪族系の亜リン酸エステルである。
【００１５】
リン酸エステルとしては、下記一般式（１）で表されるものが使用される。
（ＲＯ）₃Ｐ＝Ｏ（１）
上記一般式（１）において、Ｒとしては炭素数１０〜２５のアルキル基又はアルケニル基が好ましいものとして挙げられる。３つのＲは、同一であっても異なってもよい。炭素数が１０未満のものは、安定性あるいは低摩擦性に劣り、スラッジが発生し易く、異音を抑制する効果が小さい。また、炭素数が２５を越えるものは配合量に対するトルク変動抑制等の潤滑性の効果が小さい。好ましいリン酸エステルとしては、具体的には、トリラウリルフォスフェート、トリオレイルフォスフェート、トリステアリルフォスフェート等が挙げられる。
【００１６】
亜リン酸エステルとしては、下記一般式（２）で表されるものが使用される。
（ＲＯ）₃Ｐ（２）
上記一般式（２）において、Ｒとしては、上記リン酸エステルと同様な理由により、炭素数が１０〜２５のアルキル基又はアルケニル基が好ましい。３つのＲは、同一であっても異なってもよい。好ましくは、トリオレイルフォスファイト、トリステアリルフォスファイト、トリス（トリデシル）フォスファイト等が挙げられる。
【００１７】
上記耐摩耗剤としてのリン酸系エステルの配合量としては、基油１００重量部に対し、１〜８重量％配合する。配合量が１重量％未満であると、摩耗低減効果やトルク安定性の改善に効果がなく、配合量が８重量％を越えると耐樹脂性に悪影響を及ぼす。このようなトルクリミッタの性能と耐樹脂性を考慮すると、より好ましい配合量は３〜５重量％である。
【００１８】
また、本発明では上記基油及び耐摩耗剤としてのリン酸系エステルを必須成分として含む潤滑油組成物は、流動性を有する油状物、グリース化した潤滑グリースとして使用することができる。
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ベントン、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、耐水性などトータ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。
【００１９】
本発明の潤滑油組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて酸化防止剤、防錆剤、粘度指数向上剤、金属不活性剤、無灰系分散剤、金属系清浄剤、油性剤、界面活性剤、消泡剤などを用途に応じて配合することができる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。実施例及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。
【００２１】
PAO：ポリ-α-オレフィン水素化物（モービル社製SHF401：40℃動粘度：377mm²/s）
EAO:エチレン-α-オレフィン共重合体（三井化学社製ルーカントHC20：40℃動粘度：155mm²/s）
AN: アルキルナフタレン（40℃動粘度：27mm²/s）
TCP:リン酸トリクレジル
PE1：トリオレイルホスフェート
PE2：トリオレイルホスファイト
FR：スチレン-α−メチルスチレン-脂肪族共重合樹脂（比重：1.03，軟化点：125℃）
DTBP：酸化防止剤（ジ−ｔ−ブチルフェノール）
BTA：金属不活性剤（ベンゾトリアゾール誘導体）
TL：防錆剤（アミンフォスフェート）
【００２２】
表１及び表２に示す割合で各成分を配合した潤滑油組成物を製造した。表１は油状の潤滑油の例であり、表２は増ちょう剤としてリチウム石けんを使用したグリース状の潤滑油の例である。なお、表１及び表２中の「Bal」は、全体を１００重量部として、数値（重量部）表示したもの以外の残量を表している。
なお、表１においては全ての実験において、DTBPの配合量は０．５重量部、BTAの配合量は０．０３重量部、TLの配合量は０．０３重量部の一定としたので、その記載を省略している。
同様に、表２においては全ての実験において、DTBPの配合量は１．０重量部、BTAの配合量は０．１重量部、TLの配合量は０．１重量部の一定としたので、その記載を省略している。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
＜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、ＮＴＮ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、軸回転用のモータ11とトルク検出用のロードセル12、カップリング13、歪計14及び記録計15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16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、低速モータ17は、高速モータ11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３５０ｇｆ・ｃｍ、回転数２２０ｒｐｍ、運転サイクル1.5秒間運転−０．５秒間停止の間欠運転、雰囲気温度：室温、試験時間１０００時間とし、測定項目は試験後の手感、０時間、５００時間、１０００時間毎のトルクの変化(経時変化、一分間のトルク変動)、運転中の異音有無の確認を実施した。トルク測定試験機により各時間毎のトルク測定を行った。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、一分間のトルク測定の結果、トルク低下が20gf・cm以下を「○」、20gf・cm以上を「×」とした。
【００２６】
<耐樹脂性能試験>
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)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、潤滑剤との接触により、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樹脂性を確認するために、PC(ポリカーボネート)、ABSにて耐樹脂性のテストを行った。
テストの結果、テストピースに割れ、ヒビが発生しなかった場合を「○」、テストピースに割れ、ヒビが発生した場合を「×」とした。
上記試験結果を表３に示す。なお、実験番号１〜４及び１４〜１５が、本発明の実施例である。
【００２７】
【表３】

【００２８】
本試験結果にみられるように、ＰＡＯやエチレン-α-オレフィン共重合体水素化物などの合成炭化水素化合物は耐樹脂性に優れているが、そのもの単独ではトルクリミッタオイルとしてのトルク安定性に劣る（実験番号５、９及び１６）。しかし、これらの基油に脂肪族系のリン酸エステルや亜リン酸エステルを配合すると、トルク安定性は向上する。ただし、トルク安定性の向上効果が認められるのは、上記リン系耐摩耗剤の配合量が１重量％以上であり、実験番号６、１０、１７及び１８のように１重量％未満であると効果が乏しい。また、８重量％を越えると、その性能以外の耐樹脂性に悪影響を及ぼしてくる（実験番号８、１２及び１９）。また、リン系耐摩耗剤の中でもＴＣＰのような芳香族系のものは配合量が０．５重量％を越えると耐樹脂性に悪影響を及ぼしてくる（実験番号７、１１及び２０）。当然、トルク安定性能に優れるアルキルナフタレンなどの芳香族系油もＴＣＰと同様に耐樹脂性に劣る（実験番号１３及び２１）。
従って、トルク安定性性能に優れかつ耐樹脂性にも優れるトルクリミッタ用潤滑油としては、基油が合成炭化水素化合物であり、基油１００重量部に対し、脂肪族系のリン酸エステル及び亜リン酸エステルを１〜８重量％配合してなるものが好適と考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のトルクリミッタ用潤滑油及び潤滑グリースは、耐樹脂性に優れかつ金属製の内輪とコイルばねで構成されるトルクリミッタにおいて良好なトルク安定性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルクリミッターの一例を示す断面図
【図２】トルクリミッターの他の一例を示す断面図
【図３】トルクリミッターの他の一例を示す断面図
【図４】トルクリミッターの他の一例を示す断面図
【図５】トルク安定性試験機の模式図
【符号の説明】
1 金属製内輪
2 コイルばね(2a、2bばねフック)
3 蓋
4 外套
5 摩擦板

Claims

潤滑油又は潤滑グリースの基油が、合成飽和炭化水素油であり、且つ、基油１００重量部に対し、トリオレイルリン酸エステル及びトリオレイル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３〜５重量％配合してなるトルクリミッタ用潤滑油又は潤滑グリース。
基油が、ポリ−α−オレフィン、エチレン−α−オレフィン共重合体の水素化物及びそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種のポリ−α−オレフィン系油である請求項1記載のトルクリミッタ含浸軸受用潤滑油及び潤滑グリース。
トルクリミッタが、ばね自身の緊縛力によりトルクを発生させる機構又は摩擦板をばねで押し付けることによりトルクを発生させる機構を有するトルクリミッタである請求項１又は２記載のトルクリミッタ用潤滑油又は潤滑グリース。
トルクリミッタ含浸軸受用潤滑油又は潤滑グリースである請求項１又は２記載のトルクリミッタ用潤滑油又は潤滑グリース。