JP2020094599A - トルクリミッタ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限値の調整を行うこと。【解決手段】径方向に延在する相手板１５を保持するクラッチドラム１０と、クラッチドラム１０の内周側に設けられ、相手板１５と摩擦係合する摩擦板２４を保持するクラッチハブ２０と、クラッチドラム１０とクラッチハブ２０との径方向の隙間を塞ぐピストン３０と、ピストン３０を軸方向に移動させることで相手板１５と摩擦板２４との間の摩擦力を変化させるボルト４０と、を備える、トルクリミッタ１。【選択図】図１

Description

本開示は、トルクリミッタに関する。

従来、入力側から出力側へ過大なトルクが伝達されることを防止するトルクリミッタが知られている。特許文献１には、油圧作動の湿式多板クラッチを用いて入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限を制限するトルクリミッタが開示されている。

特開２００１−１５９４５６号公報

特許文献１に記載の技術では、油圧を用いて入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限値を調整するため、油圧を発生させるポンプが必要になる等、トルクリミッタの構造が複雑になるという問題があった。

本開示の目的は、簡単な構成で、入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限値の調整を行うことができるトルクリミッタを提供することである。

本開示の一形態は、径方向に延在する第１摩擦板を保持する第１回転部材と、前記第１回転部材の内周側に設けられ、前記第１摩擦板と摩擦係合する第２摩擦板を保持する第２回転部材と、前記第１回転部材と前記第２回転部材との径方向の隙間を塞ぐ移動部材と、前記移動部材を軸方向に移動させることで前記第１摩擦板と前記第２摩擦板との間の摩擦力を変化させる操作部材と、を備える、トルクリミッタである。

本開示によれば、簡単な構成で、入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限値の調整を行うことができる。

図１は、実施形態に係るトルクリミッタの一例を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明では、便宜上、図１の左側を「前」、右側を「後」、上側を「上」、下側を「下」とそれぞれ定義する。

図１を参照して、トルクリミッタ１について説明する。図１は、実施形態に係るトルクリミッタ１の一例を模式的に示す図であり、トルクリミッタ１の概略断面図である。なお、図１の上半分は、トルクリミッタ１で伝達可能なトルクの上限値が最小である状態を示している。また、図１の下半分は、トルクリミッタ１で伝達可能なトルクの上限値が最大である状態を示している。

トルクリミッタ１は、例えばロータリ除雪車におけるエンジン等の駆動源からオーガに至る動力伝達経路に設けられ、駆動源からオーガに過大なトルクが伝達されるのを防止するトルク制限装置である。

図１に示すように、軸方向に延在し、駆動源によって駆動される駆動軸２が、ケース３の開口部を貫通している。駆動軸２の後端には、スプラインが形成された第１小径部２ａと、第１小径部２ａよりも後側に位置し、雄ネジが形成された第２小径部２ｂとが設けられている。

駆動軸２は、ベアリング４によってケース３に回転可能に支持されている。ケース３の開口部を塞ぐカバー５が、ボルト６によってケース３に固定されている。トルクリミッタ１は、ケース３の外側において、駆動軸２に取り付けられている。

トルクリミッタ１は、クラッチドラム１０（「第１回転部材」の一例）と、クラッチハブ２０（「第２回転部材」の一例）と、ピストン３０（「移動部材」の一例）と、ボルト４０（「操作部材」の一例）とを備える。クラッチドラム１０と、クラッチハブ２０と、ピストン３０とは、同軸に配置されている。

クラッチドラム１０は、例えばクロムモリブデン鋼等の高強度の金属材料からなる部品である。クラッチドラム１０は、ハブ部１１と、フランジ部１２と、円筒部１３と、を有する。

ハブ部１１は、軸方向に延在している。カバー５とハブ部１１との径方向隙間は、オイルシール７によって塞がれている。ハブ部１１の中心部には、軸方向に貫通する穴が設けられている。この穴を画定するハブ部１１の内周面には、スプライン１１ａが形成されている。スプライン１１ａには、駆動軸２の第１小径部２ａのスプラインが嵌合している。

フランジ部１２は、径方向に延在している。具体的には、フランジ部１２は、ハブ部１１の軸方向における中間領域から、径方向外側に向かって延在している。フランジ部１２は、円環状である。

円筒部１３は、フランジ部１２から、軸方向と平行に、後方（「第１の方向」の一例）に向かって延在している。円筒部１３は、フランジ部１２の後側に隣接する前側円筒部１３ａと、前側円筒部１３ａの後側に隣接する後側円筒部１３ｂとを含む。後側円筒部１３ｂの内径寸法は、前側円筒部１３ａの内径寸法よりも大きい。

前側円筒部１３ａの内周面には、スプライン１３ｃが形成されている。スプライン１３ｃには、受け板１４、複数の相手板１５（「第１摩擦板」の一例）および押圧板１６が嵌合している。

受け板１４は、円環状の金属板である。受け板１４の外周部には、スプライン１３ｃと嵌合するスプラインが設けられている。受け板１４は、クラッチドラム１０と一体回転可能であり、かつ、クラッチドラム１０に対して軸方向に移動可能である。受け板１４は、フランジ部１２と、最も前側に位置する相手板１５との間に配置される。

相手板１５は、円環状の金属板である。相手板１５の外周部には、スプライン１３ｃと嵌合するスプラインが設けられている。相手板１５は、クラッチドラム１０と一体回転可能であり、かつ、クラッチドラム１０に対して軸方向に移動可能である。

押圧板１６は、円環状の金属板である。押圧板１６の外周部には、スプライン１３ｃと嵌合するスプラインが設けられている。押圧板１６は、クラッチドラム１０と一体回転可能であり、かつ、クラッチドラム１０に対して軸方向に移動可能である。押圧板１６は、最も後方に位置する相手板１５と、皿ばね９０（「弾性部材」の一例。後述する。）との間に配置される。

クラッチドラム１０には、フランジ部１２および前側円筒部１３ａを軸方向に貫通する穴１０ａが設けられている。穴１０ａは、周方向に等間隔で複数個設けられている。

クラッチハブ２０は、例えばクロムモリブデン鋼等の高強度の金属材料からなる部品である。クラッチハブ２０の中心部には、軸方向に貫通する穴が設けられている。クラッチハブ２０は、第１円筒部２１と、第２円筒部２２と、フランジ部２３とを有する。

第１円筒部２１は、軸方向に延在している。第１円筒部２１の外周面には、スプライン２１ａが形成されている。スプライン２１ａには、摩擦板２４（「第２摩擦板」の一例）が嵌合している。

摩擦板２４は、円環状の金属板の両面に摩擦材が設けられたものである。摩擦板２４の内周部には、スプライン２１ａと嵌合するスプラインが設けられている。摩擦板２４は、クラッチハブ２０と一体回転可能であり、かつ、クラッチハブ２０に対して軸方向に移動可能である。摩擦板２４と上述の相手板１５とは、交互に配置されている。

第２円筒部２２は、第１円筒部２１の後端から、軸方向に延在している。第２円筒部２２の径方向外側には、皿ばね９０およびピストン３０が配置される。第２円筒部２２の外周面には、全周に亘って延在する円周溝２２ａが設けられている。円周溝２２ａ内には、Ｏリング２５が配置される。

フランジ部２３は、第２円筒部２２の後端から、径方向外側に向かって延在している。フランジ部２３には、軸方向に貫通するネジ穴（不図示）が複数個設けられている。

クラッチハブ２０は、径方向内側に向かって突出する突出部２６を有する。突出部２６は、小径突出部と、小径突出部の後側に隣接する大径突出部とを含む。突出部２６の前端面は、クラッチドラム１０のハブ部１１の後端面と当接している。

クラッチハブ２０の内周面と、クラッチドラム１０の外周面との間に、ベアリング５０が配置されている。具体的には、ベアリング５０は、クラッチハブ２０の突出部２６よりも前側における内周面と、クラッチドラム１０のハブ部１１のフランジ部１２よりも後側における外周面との間に配置されている。ベアリング５０は、クラッチドラム１０に対してクラッチハブ２０を回転可能に支持する。なお、ベアリング５０に代えて、ブッシュ等を用いてクラッチドラム１０に対してクラッチハブ２０を回転可能に支持してもよい。

ピストン３０は、例えばクロムモリブデン鋼等の高強度の金属材料からなる部品である。ピストン３０は、径方向に延在する円環部３０ａと、円環部３０ａから軸方向と平行に、前方（「第２の方向」の一例）に向かって延在する円筒部３０ｂと、を有する。

円環部３０ａの内周面は、クラッチハブ２０の第２円筒部２２の外周面と対向している。ピストン３０の外周面は、クラッチドラム１０の後側円筒部１３ｂの内周面と対向している。ピストン３０の外周面には、全周に亘って延在する円周溝３０ｃが形成されている。円周溝３０ｃ内には、Ｏリング３１が配置される。ピストン３０は、クラッチドラム１０の円筒部１３とクラッチハブ２０との径方向の隙間を塞いでいる。

円筒部３０ｂには、前端面に開口するネジ穴３０ｄ（「雌ネジ部」の一例）が、クラッチドラム１０の穴１０ａにそれぞれ対応して等間隔で複数個設けられている。ネジ穴３０ｄには、ボルト４０が螺合される。

ボルト４０は、前端に頭部を有し、後端に雄ネジ部４０ａを有している。ボルト４０の雄ネジ部４０ａは、クラッチドラム１０の穴１０ａに挿通され、ピストン３０のネジ穴３０ｄと螺合される。すなわち、ボルト４０の雄ネジ部４０ａは、クラッチドラム１０のフランジ部１２および前側円筒部１３ａを貫通してネジ穴３０ｄと螺合される。

ボルト４０は、周方向に等間隔で複数個設けられている。ボルト４０の頭部と、クラッチドラム１０のフランジ部１２との間には、シールワッシャ４１が配置される。

スラストワッシャ６０は、円環状の部品である。スラストワッシャ６０は、小径部と、小径部の後側に隣接する大径部とを有する。スラストワッシャ６０の大径部の前端面は、クラッチハブ２０における突出部２６の小径突出部の後端面と当接している。

スラストワッシャ６０の外周面は、クラッチハブ２０の突出部２６の内周面と対向している。スラストワッシャ６０の大径部の外周面には、全周に亘って延在する円周溝６０ａが形成されている。円周溝６０ａ内には、Ｏリング６１が配置される。

ダブルナット７０を形成する２つのナットが、駆動軸２の第２小径部２ｂに形成された雄ネジに螺入されている。スラストワッシャ６０は、ダブルナット７０によって前方へ向かって押圧される。スラストワッシャ６０の前端面は、駆動軸２の第１小径部２ａの後端面と当接する。また、上述のとおり、スラストワッシャ６０の大径部の前端面は、クラッチハブ２０における突出部２６の小径突出部の後端面と当接している。これにより、トルクリミッタ１が駆動軸２から後方へ抜け落ちることが防止される。

駆動軸２の第１小径部２ａの外周面、クラッチドラム１０のハブ部１１の内周面およびスラストワッシャ６０の前端面に囲まれた空間には、Ｏリング８０が配置される。

皿ばね９０は、金属製の環状の板状部材である。皿ばね９０は、上述のとおり、クラッチハブ２０における第２円筒部２２の外周面とピストン３０における円筒部３０ｂの内周面との間、かつ、押圧板１６の後端面とピストン３０における円環部３０ａの前端面との間に配置される。すなわち、皿ばね９０は、相手板１５とピストン３０との間に設けられる。

皿ばね９０は、押圧板１６とピストン３０とを、互いに離間する方向に付勢する。すなわち、皿ばね９０は、ピストン３０を後方に付勢している。

以上のような構成を有するトルクリミッタ１において、摩擦板２４と相手板１５とは、皿ばね９０の弾性力によって互いに密着するように押圧されている。

入力側から出力側へのトルク伝達は、クラッチドラム１０、相手板１５、摩擦板２４およびクラッチハブ２０を介して行われる。入力側から出力側へ伝達されるトルクが所定の上限値未満の場合、摩擦板２４と相手板１５との間で滑りは生じない。

一方、入力側から出力側へ伝達されるトルクが上限値を超えると、摩擦板２４と相手板１５との間で滑りが生じる。これにより、上限値を超えるトルクが入力側から出力側へ伝達されるのを防止することができる。

トルクリミッタ１が伝達可能なトルクの上限値は、摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力の大きさによって決まるため、摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力の大きさが変化することにより、この上限値が変化する場合がある。

例えば、トルクリミッタ１が作動し、摩擦板２４と相手板１５との間で滑りが発生すると、摩擦板２４が摩耗する。これにより、摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力が低下し、トルクリミッタ１が伝達可能なトルクの上限値が減少する。

また、温度等の要因により、摩擦板２４等が軸方向に膨張する等して、摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力が増大し、トルクリミッタ１が伝達可能なトルクの上限値が増大する場合もある。

このような伝達可能なトルクの上限値の変化に対して、トルクリミッタ１では、以下に詳細に説明するように、伝達可能なトルクの上限値を調節することができる。

ボルト４０は、上述のとおり、クラッチドラム１０を軸方向に貫通しており、ピストン３０と螺合している。ボルト４０が締め込まれる、すなわち、ボルト４０の雄ネジ部４０ａがピストン３０のネジ穴３０ｄに螺入されることにより、ピストン３０が前方へ移動する。

ピストン３０の前方への移動に伴い、皿ばね９０が縮む。これにより、摩擦板２４および相手板１５を押圧する押圧力が増大し、ひいては摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力が増大する。これにより、トルクリミッタ１が伝達可能なトルクの上限値を増大させることができる。

上限値を低下させるためには、ボルト４０を緩めればよい。ボルト４０を緩めることにより、ピストン３０は、皿ばね９０に押圧されて後方へ移動する。これにより、摩擦板２４および相手板１５を押圧する押圧力が減少し、ひいては摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力が減少する。これにより、トルクリミッタ１が伝達可能なトルクの上限値を低下させることができる。

上述のとおり、クラッチドラム１０とピストン３０との間には、Ｏリング３１が配されている。また、クラッチハブ２０とピストン３０との間には、Ｏリング２５が配されている。

また、クラッチハブ２０とスラストワッシャ６０との間には、Ｏリング６１が配されている。クラッチドラム１０、駆動軸２およびスラストワッシャ６０に囲まれた空間には、Ｏリング８０が配されている。ボルト４０とクラッチドラム１０との間には、シールワッシャ４１が配されている。これらの構造により、摩擦板２４および相手板１５が配置される空間は、密閉されている。

上述のとおり、トルクリミッタ１は、例えばロータリ除雪車におけるエンジン等の駆動源からオーガに至る動力伝達経路において、ケース３の外側に設けられている。そのため、トルクリミッタ１には雪または雨等の水分が付着することが考えられる。

本実施形態では、摩擦板２４および相手板１５が配置される空間は、密閉されている。そのため、トルクリミッタ１に雪または雨等の水分が付着した場合であっても、これらの水分が摩擦板２４および相手板１５が配置される空間に浸入することを防止できる。よって、摩擦板２４、相手板１５および皿ばね９０を錆から保護することができる。

また、摩擦板２４および相手板１５が配置される空間にオイルを封入して、当該空間を、オイルを含む雰囲気とすることができる。そのため、トルクリミッタ１が作動を繰り返しても（摩擦板２４と相手板１５との間に滑りが生じる状態が繰り返しても）、摩擦面が焼き付くことを防止できる。

また、本実施形態では、ピストン３０から、皿ばね９０を介して押圧板１６に押圧力を伝達するようにしている。そのため、皿ばね９０の撓み量によって押圧力を調節することができ、トルクリミッタ１が伝達可能なトルクの上限値を容易に調節することができる。また、摩擦板２４と相手板１５との間に滑りが生じ、摩擦板２４が摩耗した場合でも、押圧力を摩擦板２４が摩耗する前とほぼ同一に保つことができる。

また、本実施形態では、皿ばね９０によってピストン３０を後方に付勢する力の反力を、複数のボルト４０で受け持つようにしている。そのため、クラッチドラム１０に当該反力が作用することを防止することができる。

また、本実施形態では、ボルト４０は、周方向に等間隔で複数個設けられている。そのため、ピストン３０を、周方向において均一に、軸方向に移動させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るトルクリミッタ１は、径方向に延在する相手板１５を保持するクラッチドラム１０と、クラッチドラム１０の内周側に設けられ、相手板１５と摩擦係合する摩擦板２４を保持するクラッチハブ２０と、クラッチドラム１０とクラッチハブ２０との径方向の隙間を塞ぐピストン３０と、ピストン３０を軸方向に移動させることで相手板１５と摩擦板２４との間の摩擦力を変化させるボルト４０と、を備える。

これにより、ボルト４０でクラッチドラム１０とクラッチハブ２０との径方向の隙間を塞ぐピストン３０を軸方向に移動させることで、摩擦板２４と相手板１５との間の摩擦力を変化させることができる。そのため、簡単な構成で、入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限値の調整を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、ピストン３０が、皿ばね９０を介して押圧板１６を押圧するものを例に説明を行ったが、これに限定されない。具体的には、例えば、皿ばねの代わりにコイルばねを用いてもよいし、ゴム等の弾性体を用いてもよい。

また、例えば、皿ばね９０を設けず、ピストン３０が、押圧板１６を直接押圧するようにしてもよい。さらに、皿ばね９０および押圧板１６を設けることなく、ピストン３０で摩擦板２４または相手板１５を直接押圧するようにしてもよい。

本開示に係るトルクリミッタによれば、簡単な構成で、入力側から出力側へ伝達可能なトルクの上限値の調整を行うことができ、産業上の利用可能性は多大である。

１ トルクリミッタ
２ 駆動軸
２ａ 第１小径部
２ｂ 第２小径部
３ ケース
４ ベアリング
５ カバー
６ ボルト
７ オイルシール
１０ クラッチドラム
１０ａ 穴
１１ ハブ部
１１ａ スプライン
１２ フランジ部
１３ 円筒部
１３ａ 前側円筒部
１３ｂ 後側円筒部
１３ｃ スプライン
１４ 受け板
１５ 相手板
１６ 押圧板
２０ クラッチハブ
２１ 第１円筒部
２１ａ スプライン
２２ 第２円筒部
２２ａ 円周溝
２３ フランジ部
２４ 摩擦板
２５ Ｏリング
２６ 突出部
３０ ピストン
３０ａ 円環部
３０ｂ 円筒部
３０ｃ 円周溝
３０ｄ ネジ穴
３１ Ｏリング
４０ ボルト
４１ シールワッシャ
５０ ベアリング
６０ スラストワッシャ
６０ａ 円周溝
６１ Ｏリング
７０ ダブルナット
８０ Ｏリング
９０ 皿ばね

Claims (7)

1. 径方向に延在する第１摩擦板を保持する第１回転部材と、
   前記第１回転部材の内周側に設けられ、前記第１摩擦板と摩擦係合する第２摩擦板を保持する第２回転部材と、
   前記第１回転部材と前記第２回転部材との径方向の隙間を塞ぐ移動部材と、
   前記移動部材を軸方向に移動させることで前記第１摩擦板と前記第２摩擦板との間の摩擦力を変化させる操作部材と、を備える、
   トルクリミッタ。
2. 前記操作部材は、前記第１回転部材を前記軸方向に貫通している、
   請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 前記第１回転部材は、径方向に延在するフランジ部および前記フランジ部から前記軸方向と平行な第１の方向に延在する円筒部を有し、
   前記第２回転部材は、前記円筒部の内周側に設けられ、
   前記移動部材は、前記円筒部と前記第２回転部材との径方向の隙間を塞ぎ、
   前記操作部材は、前記フランジ部を前記軸方向に貫通し、前記移動部材を前記第１の方向とは反対の第２の方向に移動させことで前記摩擦力を増大させる、
   請求項１または２に記載のトルクリミッタ。
4. 前記第１摩擦板と前記移動部材との間に設けられ、前記移動部材を前記第１の方向に付勢する弾性部材を備える、
   請求項３に記載のトルクリミッタ。
5. 前記操作部材は、前記第１の方向の端部側に雄ネジ部を有し、
   前記移動部材は、前記第２の方向の端面に開口する雌ネジ部を有し、
   前記雄ネジ部が前記雌ネジ部に螺入されることで、前記移動部材が前記第２の方向に移動する、
   請求項３または４に記載のトルクリミッタ。
6. 前記第１回転部材と前記移動部材との間、および、前記第２回転部材と前記移動部材との間には、それぞれ、シール部材が設けられており、前記第１摩擦板および前記第２摩擦板が配置される空間は密閉されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のトルクリミッタ。
7. 前記操作部材は周方向に等間隔で複数個設けられている、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルクリミッタ。

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