JP4049952B2

JP4049952B2 - トルクリミッタ

Info

Publication number: JP4049952B2
Application number: JP21061999A
Authority: JP
Inventors: 秀樹中村; 暢隆山口
Original assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Current assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP2001032861A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、油圧発生機構を内蔵し、その発生油圧によって動作する湿式多板クラッチを用いたトルクリミッタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湿式多板クラッチを用いたトルクリミッタは、クラッチの押圧力を調整することにより容易に設定トルクが変えられ、かつ、大トルクの伝達が可能なことから、特開昭５６−５５７２３号公報や実開昭５８−１０７２０３号公報等に記載の技術が従来より提案されている。これらは、クラッチ板を押圧するための圧油を供給する油圧ポンプと、トルクリミッタ機構としての多板クラッチ部分とをそれぞれ単独の装置として別々に配置し、油圧ポンプの吐出油を、途中クラッチかん脱弁を介して油圧管路で多板クラッチ部に導いている。さらに、設定トルクを越えた過大トルクが作用したときに生ずる、クラッチの入力側と出力側の回転速度差を利用した過負荷検出装置を設けて、過負荷がかかったときにクラッチかん脱弁を脱にしてクラッチを解放するよう構成されている。また、これらの多板クラッチ型トルクリミッタ装置は、油タンクを備えたケーシングに軸受を介して支持され、ケーシングの外壁には前記油圧ポンプ、クラッチかん脱弁、油圧配管等が取り付けられ、原動機と被動機の間に据え付けられて使用されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の湿式多板クラッチ型のトルクリミッタは、クラッチ機構と油圧ポンプとをそれぞれ独立に配置しているので、油タンク、圧油を供給・遮断するためのクラッチかん脱弁や油圧配管等を設ける必要があり、さらに、過負荷検出装置を設けて過負荷が検出されたときにクラッチかん脱弁を操作してクラッチを遮断する必要がある。また、軸と一体に形成されたクラッチ機構をケーシング内に収容してケーシングを据付台に据え付けて使用するため、シャーピン式やローラデテント式等のトルクリミッタのように、回転体である動力伝達軸上に支持することが困難であると同時に、装置全体の構造が複雑で大型化する問題がある。本発明は、これらの問題を解決すべくなされたもので、クラッチ機構と油圧ポンプ機構とを一体化し、回転軸上に装着可能で、過負荷検出装置を必要としない小型軽量の湿式多板クラッチ型のトルクリミッタを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、第１回転軸に一体に連結されたケーシング部材と、第２回転軸と、前記ケーシング部材に形成されたピストン室と、このピストン室に摺動自在に挿入された押圧ピストンと、油圧ポンプから供給される圧油のみによって該押圧ピストンが圧接されてケーシング部材と第２回転軸とを一体に接続する多板式クラッチとを備え、クラッチ板に所定値以上のトルクが作用したときにクラッチ板がスリップして、ケーシング部材と第２回転軸とが相対的に回転し過大トルクの伝達を回避するトルクリミッタにおいて、前記ケーシング部材に、第２回転軸に固定されたカムとケーシング部材との相対回転によって吸入と吐出の行程を繰り返すプランジャポンプと、ケーシング内と該プランジャポンプの吸込口とを連通する吸込油路と、該吸込油路に配設されてプランジャポンプのポンプ室からケーシング内への流れを阻止する逆止弁と、前記ピストン室とプランジャポンプの吐出口とを連通する吐出油路と、該吐出油路に配設されてピストン室からプランジャポンプのポンプ室への流れを阻止する逆止弁と、前記ピストン室とアキュムレータ入口孔とを連通しピストン室に供給される圧油の一部をばねの押しつけ力に抗してシリンダー内に蓄えるアキュムレータと、前記ピストン室に連通しピストン室内の圧力を所定値に保持すると共に、前記プランジャポンプから供給される圧油によりピストン室内の圧力が所定値以上に上昇したらバルブピストンをドレンポート開口位置に保持するデテント機構によりピストン室内の圧油をケーシング内に排出するリリーフバルブとを備え、クラッチ板のスリップ発生に連動してクラッチ板の押圧力を喪失させるものである。
【０００６】
上記リリーフバルブは、バルブピストンをデテント機構から強制的に脱出させて初期のドレンポート閉止状態に復帰するリセット機構を備えることが好ましい。
【０００７】
【実施例】
図１〜７は、本発明を適用したトルクリミッタの実施例を示している。図１は、動力伝達系に本発明のトルクリミッタを設置した模式図を示すもので、図１に基づき本発明の基本構成について説明する。原動機１に連結された第１回転軸２は、トルクリミッタ３のケーシング１０に結合され、ケーシング１０及びその内周スプライン部に係合された多板式クラッチのアウタープレート１１を駆動する。一方、被動機械５に結合された第２回転軸８には、軸と一体のクラッチハブ１７を介してインナープレート１２が係合していて、ケーシング１０に設けられた押圧ピストン１３によって前記プレートが一体に圧接され、原動機１の動力が多板式クラッチを介して被動機械５に伝達される。
【０００８】
上記ケーシング１０には、第２回転軸８に固定されたカム１６とケーシング１０との相対回転により、吸入と吐出の行程を繰り返すプランジャポンプ９が設けてあって、ケーシング１０内の油を吸込逆止弁６を介して吸込み、吐出逆止弁７を介してピストン室４に供給する。さらに、ケーシング１０には、ピストン室４に連通したアキュムレータ１４と、ピストン室４内の圧力を所定値に保持するリリーフバルブ１５が設けてある。なお、図１の例では、原動機１を第１回転軸２に、被動機械５を第２回転軸８に結合しているが、原動機１と被動機械５を入れ換えて結合しても同一の機能が得られるものであり、駆動側と被動側が限定されるものではない。
【０００９】
図２は、本発明の実施例に係わるトルクリミッタの側面断面図で、図６における切断線Ａ位置での断面を表す。図２において、トルクリミッタのケーシングは、一方端を円板状の側板部２０で塞がれた円筒形の第１ケーシング１０a と、その他方端を塞ぐようにボルトによって第１ケーシング１０a に一体に固定されたた第２ケーシング１０b とから構成され、第１ケーシング１０a の側板部２０には、原動機に連結された第１回転軸が結合される。一方、被動機械に連結された第２回転軸８の外周にはスプライン２１が設けてあって、内周部にスプラインを備えたクラッチハブ１７が一体に結合されている。前記第１ケーシング１０a の内周部には、一方を側板部２０にボルトで固定されたキャリア２２が内側に張り出していて、そのキャリア張り出し部は環状に形成され、クラッチプレートの軸方向移動量を規制している。
【００１０】
上記の多板クラッチは、第１ケーシング１０a の内周スプラインにかみ合ったアウタープレート１１とクラッチハブ１７の外周スプラインにかみ合ったインナープレート１２とが交互に配列されて構成されている。そして、第１ケーシング１０aと第２ケーシング１０b とによって形成された環状のピストン室４には、押圧ピストン１３が軸方向移動可能に嵌挿されており、これらのプレートは、プランジャポンプ９からピストン室４に供給される作動油の圧力のみによってキャリア２２と押圧ピストン１３との間で圧着され、該プレートの摩擦力によってケーシング側から第２回転軸８に所定のトルクが伝達される。
【００１１】
ケーシングは、キャリア２２及び第２ケーシング１０b の内周部に取り付けられた軸受２３によって、第２回転軸８と一体のクラッチハブ１７上に回転自在に支持されていて、第２ケーシング１０b にはプランジャポンプ９が設置されている。このプランジャポンプ９は、半径方向に貫通したシリンダ２４内に嵌挿されたポンプピストン２５と、ポンプピストン２５の下部に直角方向に取り付けられたローラピン２７と、該ローラピン２７に回転自在に支持されたローラ２６と、前記シリンダ２４の外側端にねじ込まれてポンプ室２９を液密に塞ぐプラグ２８と、このプラグ２８とポンプピストン２５との間に設置され、ポンプピストン２５を半径方向内側に押しつけるばね３０とから構成され、ポンプピストン２５の往復動により、作動油の吸い込みと吐き出しを繰り返す構造になっている。
【００１２】
また、ポンプピストン２５の外周部には軸方向の溝３１が設けられ、この溝３１には第２ケーシング１０b に固定されたガイドピン３２の先端部が差し込まれていて、ポンプピストン２５がシリンダ２４内で回転するのを防止している。なお、キャリア２２及び第２ケーシング１０b の内周部外側端にはオイルシール３８、３９が取り付けられていて、ケーシング内が液密に保持され、このケーシング内には所定量の作動油が封入されている。
【００１３】
一方、第２回転軸８と一体回転するクラッチハブ１７にはカム部３７が形成されていて、該カム部３７には、前記ポンプピストン２５に取り付けられたローラ２６がばね３０の抗力によって押しつけられている。このカム部３７の軸直角方向断面は、図６に示す如く、正方形の角部を円弧で滑らかにつないだ形状をしていて、このカム部の外周面に前記ローラ２６が接触している。
【００１４】
上記構成により、原動機を始動すると、それに連結されたケーシング部材が回転し始めるが、多板クラッチのプレートは遊離しているので、被動機械に連結された第２回転軸８は静止状態にあり、両者の間には相対回転が生ずる。この相対回転により、ケーシング部材と一体に回転するポンプピストン２５のローラ２６が、カム部３７の外周に沿って転がり、ポンプピストン２５が半径方向に往復動する。すなわち、図においてポンプピストン２５が下方に移動すると、ケーシング内の作動油がポンプ室２９に吸い込まれ、ポンプピストン２５が上方に押し上げられると、ポンプ室２９内の作動油がクラッチのピストン室４に吐き出されるので、ピストン室４がしだいに充満して作動油の圧力が上昇し、多板クラッチが徐々に結合される。そして、多板クラッチが完全に結合されると、ケーシング部材と第２回転軸８との相対回転がなくなるので、プランジャポンプ９からの圧油の供給もなくなる。なお、本実施例では、このプランジャポンプの吸入と吐出の行程が軸１回転について４回繰り返されるので、ポンプのサイズを小型にすることが可能になる。
【００１５】
図３、図４及び図６は、プランジャポンプ９のポンプ室２９に連通する、吸込油路と吐出油路を説明するための部分断面図及び正面断面図であって、図３は図６におけるＣ−Ｃ切断線の部分断面を、図４は図６におけるＢ−Ｂ切断線の部分断面を、図６は図２におけるＥ−Ｅ切断線の正面断面をそれぞれ表している。図３及び図６に示すように、第１ケーシング１０a 及び第２ケーシング１０b には、プランジャポンプ９の吸込口４９と第１ケーシング１０a の内側に開口する吸込部５１とを連通する吸込油路４５が設けてあって、その途中には吸込逆止弁６が設置されている。該吸込逆止弁６は、吸込部５１の直径より大きい鋼球４８と、その鋼球を吸込部５１に押しつけるばねとで構成され、ポンプ室２９の作動油が第１ケーシング１０a 内に逆流するのを防止している。
【００１６】
また、図４及び図６に示すように、第２ケーシング１０b にはプランジャポンプ９の吐出口５０とピストン室４とを連通する吐出油路４６が設けてあって、その途中には吐出逆止弁７が設置されている。該吐出逆止弁７は、吐出油路より直径の大きい鋼球４７と、その鋼球を吐出油路の上流側へ押し付けるばねとで構成され、ピストン室４内の作動油がプランジャポンプ９のポンプ室２９に逆流するのを防止している。
【００１７】
さらに、第２ケーシング１０b には、クラッチのピストン室４に連通するリリーフバルブ１５が設置されている。該リリーフバルブ１５は、外周部に半球状のへこみ溝４３を有し、シリンダー内を摺動してケーシング内側に連通したドレンポート３６を開閉するバルブピストン３４と、シリンダー内に嵌挿されて開口端を密閉するリセットステム４０と、リリーフバルブの入口ポートを開閉する鋼球３５と、前記バルブピストン３４とリセットステム４０との間に設置され、バルブピストン３４を介して鋼球３５を入口ポートに押しつけるばね３３と、バルブピストン３４の外周にばね４１で押しつけられたデテントボール４２とから構成され、ピストン室４の圧力は、ばね３３の押しつけ荷重により設定された所定値に保持されるので、ケーシング側から第２回転軸に所定のトルクが伝達される。
【００１８】
上記のように構成されたトルクリミッタにおいて、被動機械に連結された第２回転軸８に過大トルクがかかると、クラッチのプレートがスリップしてケーシングと第２回転軸８との間に相対回転が生じ、プランジャポンプ９からピストン室４に作動油が供給されるので、ピストン室４の圧力が急激に高くなって所定値以上に上昇し、ピストン室側から鋼球３５が押されてリリーフバルブ１５の入口ポートが開く。これにより、バルブピストン３４が押されてドレンポート３６の開口位置まで移動すると、デテントボール４２がバルブピストン外周部のへこみ溝４３に嵌まって、バルブピストン３４がドレンポート開口位置に係止されるので、ピストン室４内の作動油はケーシング内に排出され、クラッチプレートの押圧力が喪失してトルクリミッタは遮断された状態に保持される。なお、リリーフバルブ１５の端部に取り付けられたリセットステム４０を押すことにより、バルブピストン３４を強制的にデテントボール４２による係止状態から脱出させることができ、バルブピストン３４を初期の取り付け位置に復帰させることができる。
【００１９】
図５は、図６におけるＤ−Ｄ切断線の部分断面図で、アキュムレータ１４の構成を表すものである。アキュムレータ１４は、シリンダーの開口部を塞ぐカバー５２と、シリンダーに嵌挿されたピストン５３と、クラッチのピストン室４とアキュムレータ１４とを連通する入口孔５５と、前記ピストン５３とカバー５２との間に設置され、ピストン５３を入口孔の方向に押しつけるばね５４とから構成され、ピストン室４に供給された作動油の一部を、ばね５４の押しつけ力に抗してシリンダーに蓄える。このアキュムレータ１４の設置により、ピストン室４内に充満した作動油が時間の経過とともにシール部から漏れた場合でも、アキュムレータ１４から作動油が補給されるのでピストン室４内の圧力を長時間所定値に保持することができる。これにより、ピストン室４内の押圧力低下に伴うクラッチのスリップ発生頻度が減少し、過大トルクがかかっていない定常トルク運転中におけるプランジャポンプの起動回数を減らすことができる。
【００２０】
また、アキュムレータ１４を設けることによって、ピストン室４の油圧上昇が緩やかになるので、負荷側の慣性が大きい用途に対して、原動機の起動時におけるトルクリミッタの接続ショックが緩和される。尚、図６に示すように、本実施例では高速回転でも使用できるよう回転中の動バランスを考慮し、プランジャポンプ９及びアキュムレータ１４を１８０°対称位置にそれぞれ２個づつ設置してあるが、低速回転での用途に対しては２個づつ設ける必要はない。
【００２１】
図７は、本発明の他の実施例に係わるトルクリミッタの側面断面図を表すもので、第１実施例の図２に相当するものである。基本的な構成は前記第１実施例と同じなので、異なる部分についてのみ説明する。本実施例では、第２回転軸６０上に設けられた軸受６１、６２でケーシング部材が支持され、クラッチハブ６４とカム６３が別体に形成されている。このクラッチハブ６４及びカム６３は、第２回転軸６０の外周部に設けられたスプラインとかみ合って、第２回転軸６０と一体に回転する。なお、クラッチハブ６４及びカム６３は、カラー６６及び６７を介して、ボルト締めされた押さえ板６５によって軸方向の移動が固定される。本実施例では、クラッチハブ６４とカム６３を別体にしたので、カムを単独で加工するとが可能になり、機械加工や成型など加工手段の選択範囲が広がって加工がしやすくなると共に、カムの形状を変更してプランジャポンプの吐出量を変えることが容易になる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトルクリミッタによれば、多板クラッチ機構と油圧ポンプ機構とが一体化され、クラッチに圧油を供給・遮断するクラッチかん脱弁や油圧配管が不要になると共に、クラッチがスリップすると機械的にクラッチ板に作用する押圧力が喪失しトルクの伝達が遮断されるので、過負荷検出機構を別に設ける必要がなくなり、構造が簡素になるとともにトルクリミッタが確実、かつ、速やかに遮断され、トルクリミッタを小型軽量にすることができ、回転軸上に装着することが可能になる。
また、ピストン室に連通したアキュムレータが設けられていることにより、シール部からの圧油の漏れに伴うクラッチ板の押圧力低下分が補給されるので、定常運転中におけるクラッチ板のスリップ発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトルクリミッタを動力伝達系に設置した模式図である。
【図２】本発明の実施例に係わるトルクリミッタの側面断面図である。
【図３】プランジャポンプの吸込油路を説明する部分断面図で、図６におけるＣ−Ｃ切断線の断面を表すものである。
【図４】プランジャポンプの吐出油路を説明する部分断面図で、図６におけるＢ−Ｂ切断線の断面を表すものである。
【図５】アキュムレータの部分断面図で、図６におけるＤ−Ｄ切断線の断面を表すものである。
【図６】本発明の実施例に係わるトルクリミッタの正面断面図で、図２におけるＥ−Ｅ切断線の断面を表すものである。
【図７】本発明の他の実施例に係わるトルクリミッタの側面断面図である。
【符号の説明】
１原動機
２第１回転軸
３トルクリミッタ
４ピストン室
５被動機械
６吸込逆止弁
７吐出逆止弁
８，６０第２回転軸
９プランジャポンプ
１０ケーシング
１０a 第１ケーシング
１０b 第２ケーシング
１１アウタープレート
１２インナープレート
１３押圧ピストン
１４アキュムレータ
１５リリーフバルブ
１６，６３カム
１７，６４クラッチハブ
２１スプライン
２２キャリア
２３，６１，６２軸受
２４シリンダ
２５ポンプピストン
２６ローラ
２７ローラピン
２９ポンプ室
３０，３３，４１，５４ばね
３２ガイドピン
３４バルブピストン
３５，４７，４８鋼球
３６ドレンポート
３７カム部
４０リセットステム
４２デテントボール
４５吸込油路
４６吐出油路
４９吸込口
５０吐出口
５１吸込部
５３ピストン

Claims

第１回転軸に一体に連結されたケーシング部材と、第２回転軸と、前記ケーシング部材に形成されたピストン室と、このピストン室に摺動自在に挿入された押圧ピストンと、油圧ポンプから供給される圧油のみによって該押圧ピストンが圧接されてケーシング部材と第２回転軸とを一体に接続する多板式クラッチとを備え、クラッチ板に所定値以上のトルクが作用したときにクラッチ板がスリップして、ケーシング部材と第２回転軸とが相対的に回転し過大トルクの伝達を回避するトルクリミッタにおいて、前記ケーシング部材に、第２回転軸に固定されたカムとケーシング部材との相対回転によって吸入と吐出の行程を繰り返すプランジャポンプと、ケーシング内と該プランジャポンプの吸込口とを連通する吸込油路と、該吸込油路に配設されてプランジャポンプのポンプ室からケーシング内への流れを阻止する逆止弁と、前記ピストン室とプランジャポンプの吐出口とを連通する吐出油路と、該吐出油路に配設されてピストン室からプランジャポンプのポンプ室への流れを阻止する逆止弁と、前記ピストン室とアキュムレータ入口孔とを連通しピストン室に供給される圧油の一部をばねの押しつけ力に抗してシリンダー内に蓄えるアキュムレータと、前記ピストン室に連通しピストン室内の圧力を所定値に保持すると共に、前記プランジャポンプから供給される圧油によりピストン室内の圧力が所定値以上に上昇したらバルブピストンをドレンポート開口位置に保持するデテント機構によりピストン室内の圧油をケーシング内に排出するリリーフバルブとを備え、クラッチ板のスリップ発生に連動してクラッチ板の押圧力を喪失させることを特徴とするトルクリミッタ。
上記リリーフバルブは、バルブピストンをデテント機構から強制的に脱出させて初期のドレンポート閉止状態に復帰するリセット機構を備えることを特徴とする請求項１記載のトルクリミッタ。