JP2020094599A - トルクリミッタ - Google Patents

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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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