JP6697554B2 - バックラッシュ防止クラッチプレート - Google Patents

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関連出願についての相互参照
本出願は、２０１５年１２月７日に出願された米国仮特許出願第６２／２６３、９３３号の利益を主張する２０１６年１２月７日に出願された米国特許出願第１５／３７１、８８４号の利益を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に援用される。

本願は、クラッチプレートに関し、より詳細には、筺体内のクラッチプレートの回転および係合により生ずるバックラッシュを最小化するバックラッシュ防止クラッチプレートに関する。

機械部品に過剰なトルクがかかると、機械部品がクラッシュしまたは詰まり、機械部品および／または機械部品が操作している任意の工作物に著しい損傷が生じる。このため、機械部品および工作物を保護するために、トルクリミッタがしばしば使用される。トルクリミッタは、トルクリミッタによって回転可能に取り付けられ且つ接続される２つの機械部品に適用されてもよい。フリクションプレートの滑りクラッチにおいて見られるような滑りまたはせん断ピンアプリケーションにおいて見られるような負荷全体のアンカップリングによって、トルクリミッタは、２つの機械部品にかかるトルクを制限することができる。

クラッチプレートが、トルクリミッタとして使用される場合、または、他のクラッチ用途に使用される場合、クラッチプレートは、機械部品の筺体内の対応する溝に係合する半径方向に延びる歯を有していてもよい。機械部品に対するクラッチプレートの回転によって生じるバックラッシュを防止するために、クラッチプレートの嵌合歯と筺体の溝との間のスペースをなくすか、あるいは最小化するように、クラッチプレートの歯と機械部品の筺体の溝は細かい許容差で製造されている。そのようなトルクリミッタでは、典型的に多数のクラッチプレートが使用されるため、これらのコンポーネントを細かい許容差で製造するコストは非常に高くなる可能性がある。

クラッチプレートの回転によって生じるバックラッシュを最小化するクラッチプレートが開示されている。一実施形態において、アセンブリは、第１の付勢部材と、第１の付勢部材から一定の離間関係に維持された第２の付勢部材と、クラッチプレートとを含む。クラッチプレートは、半径方向に延びる係合構造を有し、第１の付勢部材と、第２の付勢部材の間に配置される。クラッチプレートは、互いに摺動自在に回転可能な第１の半割体と第２の半割体を有する。クラッチプレートの第１の半割体と第２の半割体は、第１の部材に軸方向の圧力が加えられると、各半径方向に延びる係合構造の幅を広げるために、反対方向に回転する。

アセンブリは、溝が形成された実質的に円筒形の壁を有する筺体を含むことができる。クラッチプレートの半径方向に延びる係合構造は、実質的に円筒形の壁の溝内に配置することができる。軸方向の圧力が加えられていない場合の、クラッチプレートの半径方向に延びる各係合構造の幅は、半径方向に延びる係合構造が配置される実質的に円筒形の壁のそれぞれの溝の幅未満である。アセンブリは、溝が形成された軸を有する筺体を含むことができる。クラッチプレートの半径方向に延びる係合構造は、軸の溝内に配置することができる。軸方向の圧力が加えられていない場合のクラッチプレートの半径方向に延びる各係合構造の幅は、半径方向に延びる係合構造が配置されている軸内のそれぞれの溝の幅未満である。

クラッチプレートの第１の半割体と第２の半割体は、半径方向に延びる係合構造に対して実質的に垂直に延びる傾斜面を有することができる。クラッチプレートの第１の半割体と第２の半割体の傾斜面のそれぞれは、実質的に三角形の断面形状を有することができる。各傾斜面の実質的に三角形の断面形状の二つの脚は、斜辺に対向する直角をなすことができる。クラッチプレートの第１の半割体の傾斜面は、各傾斜面の直角が各傾斜面の第１の側上になるように整列される。クラッチプレートの第２の半割体の傾斜面は、各傾斜面の直角が各傾斜面の第２の側上になるように整列される。クラッチプレートの第１の半割体の各傾斜面の斜辺は、クラッチプレートの第２の半割体の各傾斜面の斜辺と係合することができる。クラッチプレートの第１の半割体とクラッチプレートの第２の半割体の傾斜面は実質的に類似する。クラッチプレートの第１の半割体の傾斜面は正の傾きを有し、クラッチプレートの第２の半割体の傾斜面は、負の傾きを有することができる。

クラッチプレートは、軸方向に延びる実質的に円筒形の開口部を有する略円盤状の構成を備えることができる。クラッチプレートの厚さを軸方向に測定することができる。クラッチプレートの厚さが最小厚さに達するまで、第１の部材にかかる軸方向の圧力が増加するにつれて、クラッチプレートの厚さは薄くなる。

アセンブリは、筺体および第２のクラッチプレートを有することができる。筺体は、溝が形成された実質的に円筒形の壁と、溝が形成された軸とを有することができる。第２のクラッチプレートは、半径方向に延びる係合構造を有し、第１の部材と第２の部材の間に配置される。第２のクラッチプレートは、互いに摺動自在に回転可能な第１の半割体と第２の半割体を有する。軸方向の圧力が第１の部材にかかると、半径方向に延びる係合構造の幅を広げるために、第２のクラッチプレートの第１の半割体および第２の半割体は反対方向に回転する。クラッチプレートの半径方向に延びる係合構造は、実質的に円筒形の壁の溝に配置することができる。第２のクラッチプレートの半径方向に延びる係合構造は、軸の溝内に配置することができる。

第２の部材は、実質的に円筒形の壁に接続されたエンドプレートである。クラッチプレートおよび第２のクラッチプレートの第１の半割体および第２の半割体は、それぞれ半径方向に延びる係合構造に対して実質的に垂直に延びる傾斜面を有することができる。クラッチプレートおよび第２のクラッチプレートの第１の半割体および第２の半割体の傾斜面は、それぞれ実質的に三角形の断面形状を有する。各傾斜面の実質的に三角形の断面形状の２つの脚は、斜辺に対向する直角をなす。

クラッチプレートの第１の半割体の傾斜面は、各傾斜面の直角が各傾斜面の第１の側になるように整列される。クラッチプレートの第２の半割体の傾斜面は、各傾斜面の直角が各傾斜面の第２の側上になるように整列される。クラッチプレートの第１の半割体の各傾斜面の斜辺は、クラッチプレートの第２の半割体の各傾斜面の斜辺と係合する。第２のクラッチプレートの第１の半割体の傾斜面は、各傾斜面の直角が各傾斜面の第１の側になるように整列される。第２のクラッチプレートの第２の半割体の傾斜面は、各傾斜面の直角が各傾斜面の第２の側上になるように整列される。第２のクラッチプレートの第１の半割体の各傾斜面の斜辺は、第２のクラッチプレートの第２の半割体の各傾斜面の斜辺と係合する。

クラッチプレートの第１の半割体の傾斜面、またはクラッチプレートの第２の半割体の傾斜面の内の何れか一方が正の傾きを有することができる。クラッチプレートの第１の半割体の傾斜面またはクラッチプレートの第２の半割体の傾斜面の内の他方は、負の傾きを有することができる。第２のクラッチプレートの第１の半割体の傾斜面または第２のクラッチプレートの第２の半割体の傾斜面の内の何れか一方が正の傾きを有することができる。第２のクラッチプレートの第１の半割体の傾斜面または第２のクラッチプレートの第２の半割体の傾斜面の内の他方が負の傾きを有することができる。

本発明は、添付の図面と併せて読むと以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣習によれば、図面の様々な特徴は、正確な縮尺ではないことが強調されている。逆に、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小される。

第１の半割体および第２の半割体を有する第１のクラッチプレートの透視図である。 第１の半割体および第２の半割体を有する第２のクラッチプレートの透視図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、軸方向の圧力がかかった場合の第１及び第２のクラッチプレートの幅を示す概略図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、軸方向の圧力がかかった場合の第１及び第２のクラッチプレートの幅を示す概略図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、軸方向の圧力がかった場合の、第１及び第２のクラッチプレートの厚さを示す概略図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、軸方向の圧力がかった場合の、第１及び第２のクラッチプレートの厚さを示す概略図である。 積層された第１及び第２のクラッチプレートを有するクラッチアセンブリの断面図である。 第１の実施例による第１及び第２のクラッチプレートを有する位置決め可能なジョイントの断面図である。 図６の位置決め可能なジョイントの分解斜視図である。 図６の位置決め可能なジョイントの第２の筺体の部分を示す詳細な分解斜視図である。 図６の位置決め可能なジョイントの第１の筺体の部分を示す詳細な分解斜視図である。 第２の実施例による第１及び第２のクラッチプレートを有する位置決め可能なジョイントの断面図である。 図１０の位置決め可能なジョイントの分解斜視図である。 図１０の位置決め可能なジョイントの第２の筺体の部分を示す詳細な分解斜視図である。 図１０の位置決め可能なジョイントの第１の筺体の部分を示す詳細な分解斜視図である。

この記載は、クラッチプレート２１０、２１２が回転するときに生じるバックラッシュを最小化するか排除するクラッチプレート２１０、２１２（図１および２に示す）に関する。クラッチプレート２１０、２１２は、図５に示すクラッチアセンブリ２００等のクラッチアセンブリ、図６から９に示す位置決め可能なジョイント３００または図１０から１３に示す位置決め可能なジョイント４００等の位置決め可能なジョイントに使用されてもよい。クラッチプレート２１０、２１２が他のアセンブリ、ジョイント、または機械部品に使用され得るので、これらの実施例に限定されない。

図５に示すクラッチアセンブリ２００は、複数の第１クラッチプレート２１０と、複数の第２クラッチプレート２１２と、筺体２２０と、付勢部材２３０とを有する。しかしながら、クラッチアセンブリ２００は、単一の第１クラッチプレート２１０または単一の第２クラッチプレート２１２から構成されてもよい。筺体２２０は、外側円筒壁２２３を有する実質的に管状の構成を備えていてもよい。エンドプレート２２５は、筺体２２０の外側円筒壁２２３に接続されるか、または一体的に形成される。複数の第１溝２２４が、外側円筒壁２２３に形成されてもよい。複数の第１溝２２４は、エンドプレート２２５から外側円筒壁２２３の自由端まで軸方向に延びることができる。複数の第１溝２２４は、中心軸２２１に実質的に平行である。複数の第２溝２２２が、中心軸２２１には形成される。複数の第２溝２２２は、複数の第１溝２２４と実質的に平行に軸方向に延びることができる。

図１および２に示されるように、第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２は、軸方向に延びる実質的に円筒形の開口部を有する略円盤状の構成を有することができる。第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２は、筺体２２０内にそれぞれ形成された第１の溝２２４または第２の溝２２２と係合する歯等の半径方向に延びる係合構造１１５、１２５を有していてもよい。図示された例では、第１のクラッチプレート２１０上の係合構造１１５は、第１のクラッチプレート２１０の外周から径方向外側に延び、筺体２２０の外側円筒壁２２３の第１の溝２２４と係合し、第２のクラッチプレート２１２上の係合構造１２５は、第２のクラッチプレート２１２の内周から径方向内側に延び、クラッチアセンブリ２００の中心軸２２１の第２の溝２２２と係合する。これにより、複数の第１のクラッチプレート２１０が筺体２２０の外側円筒壁２２３と一体に回転でき、複数の第２のクラッチプレート２１２が、第１のクラッチプレート２１０とは独立して、クラッチアセンブリ２００の中心軸２２１と一体に回転できる。それぞれの係合構造１１５、１２５は、第１または第２の溝２２４、２２２のそれぞれの幅より僅かに狭い幅を有することにより、係合を可能にする。

第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２は、金属または有機材料等の高摩擦材料から製造することができるが、他の材料を使用することもできる。第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２は、エンドプレート２２５に隣接して筺体２２０内で交互に積層される。付勢部材２３０は、第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２に軸方向の圧力Ａｐをかけるために、積層された第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２の対向する端部に隣接して位置決めされる。それにより、第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２間の摩擦係合が増加する。軸方向の圧力Ａｐは、ばね、クランプ、留め具または他の機械部品（図示せず）によって加えられてもよい。

係合構造１１５、１２５および第１または第２の溝２２４、２２２それぞれの間の寸法の違いにより生じるバックラッシュを最小化するために、第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２に軸方向の圧力Ａｐがかかった場合、クラッチプレート２１０、２１２上の係合構造１１５、１２５は広がることができる。径方向外側および内側に延びる係合構造１１５、１２５を除いて、第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２は実質的に類似している。そのため、第１及び第２のクラッチプレート２１０、２１２の以下の説明は、簡略化のために、第１のクラッチプレート２１０に関する。

各クラッチプレート２１０は、図１に示すように、実質的に類似し、互いに隣接して位置する第１の半割体１１１および第２の半割体１１２を有する。第１の半割体１１１および第２の半割体１１２は、係合構造１１５に形成された嵌合傾斜面１１３、１１４とクラッチプレート２１０の本体１１０を有し、それによりクラッチプレート２１０の第２の半割体１１２に対し、第１の半割体１１１が摺動可能に回転する。嵌合傾斜面１１３、１１４は、係合構造１１５に対して実質的に垂直な方向に、軸方向に延びる複数の突出突起部１２０、１２１を含むことができる。各突出突起部１２０、１２１の傾斜および高さは実質的に類似している。

図示された、非限定的な例では、図４Ａと４Ｂに示されるように、各嵌合傾斜面１１３、１１４は、実質的に三角形の断面形状を有する。各嵌合傾斜面１１３、１１４の２つの脚１１６、１１７は実質的に直角をなし、斜辺１１８、１１９が直角に対向する。各傾斜面１１３の直角が各傾斜面１１３の第１の側、即ち、図示された例では右側にあるように、嵌合傾斜面１１３を、整列させることができる。同様に、各傾斜面１１４の直角が各傾斜面１１４の第２の側、即ち、図示された例では左側にあるように嵌合傾斜面１１４を整列させることができる。その結果、クラッチプレート２１０の第１の半割体１１１の各嵌合傾斜面１１３の斜辺１１８は、クラッチプレート２１０の第２の半割体１１２のそれぞれの嵌合傾斜面１１４の斜辺１１１９と連通するか、あるいは、係合することができる。図示された例において、クラッチプレート２１０の第１の半割体１１１の各嵌合傾斜面１１３は、負の傾きを有しており、クラッチプレート２１０の第２の半割体１１２の各嵌合傾斜面１１４は、正の傾きを有している。クラッチプレート２１０の第１および第２の半割体１１１、１１２の嵌合傾斜面１１３、１１４の傾斜の絶対値は、互いに実質的に類似しており、嵌合傾斜面１１３、１１４の摺動を可能にする。

図３Ａ、３Ｂおよび図４Ａ、４Ｂは、クラッチプレート２１０に軸方向の圧力Ａｐがかかる場合の、第１の半割体１１１および第２の半割体１１２の相互作用を示している。殆ど、または全く軸方向の圧力Ａｐがクラッチプレート２１０にかかっていない場合、各係合構造１１５は、最大厚さＴｍａｘおよび最小幅Ｗｍｉｎを有し、それらは、クラッチプレート２１０の第１の半割体１１１および第２の半割体１１２が図３Ａに示される様に整列する場合に生じる（この整列のため、第２の半割体１１２は、図３Ａにおいて見えない）。各係合構造１１５の幅が、最大幅Ｗｍａｘ以外の任意の寸法である場合、溝２２４と係合構造１１５の間に隙間１５０が形成される。この隙間は、クラッチプレート２１０が回転された場合、バックラッシュを生じる可能性がある。各係合構造１１５の幅が最小幅Ｗｍｉｎにあるとき、バックラッシュは、最大Ｂｍａｘにある。

バックラッシュを最小化するために、軸方向の圧力Ａｐがかかった場合、クラッチプレート２１０の第１の半割体１１１および第２の半割体１１２は反対方向に回転する。第１の半割体１１１および第２の半割体１１２の反対方向への回転は、クラッチプレート２１０の厚さを小さくする一方、係合構造１１５の幅を大きくする。係合構造１１５の幅は、係合構造１１５が配置される溝２２４の全幅を係合構造１１５が占めるまで、大きくなり、この時点で、係合構造１１５の幅は、図３Ｂに示す最大幅Ｗｍａｘを有し、クラッチプレート２１０の厚さは、図４Ｂに示す最小厚さＴｍｉｎを有する。しかしながら、Ｗｍａｘは溝２２４の幅により制限されるので、Ｔｍｉｎも同様に制限され、係合構造１１５が溝２２４内に無い場合、クラッチプレート２１０の可能な最小厚さより大きくてもよい。係合構造１１５と溝２２４の間の隙間が効果的に除去されているため、係合構造１１５の幅がその最大幅Ｗｍａｘにあるとき、バックラッシュは、最小Ｂｍｉｎにある。

クラッチプレート２１０、２１２は、図６から９に示す位置決め可能なジョイント３００と共に使用されてもよい。位置決め可能なジョイント３００は、第２のジョイント部材３１９に対して回転可能な第１のジョイント部材３０９を含んでもよい。位置決め可能なジョイント３００の第１のジョイント部材３０９は、第１の筺体３１０とエンドプレート３１２により画成される。第１の筺体３１０は、位置決め可能なジョイント３００のコンポーネントを受け入れ収容するための中空内部を画成する。第１の筺体３１０の中空内部は、全体的または部分的に実質的に円筒形であってもよい。第１の筺体３１０は、別のコンポーネントと係合するための一体的に形成されたコネクタ３１４を含んでもよい。

エンドプレート３１２は、実質的に平面円形部材であり、該平面円形部材は、第１の筺体３１０に対するエンドプレート３１２の回転を動作可能に防止するねじ部品等の従来の留め具によって、第２のジョイント部材３１９と反対側の第１の筺体３１０の開口端にしっかりと接続される。これにより、エンドプレート３１２は、駆動開口３１３で回転駆動力を受けることができ、駆動開口３１３は、この実施例において非円形の（例えば六角形の）開口であり、エンドプレート３１２の半径方向中心に形成され、第２のジョイント部材３１９に対して第１のジョイント部材３０９の回転軸線上に位置し、およびこれに沿って延びる。

位置決め可能なジョイント３００の第２のジョイント部材３１９は、第２の筺体３２０、エンドプレート３２２、および保持リング３２６により画成される。第２の筺体３２０は、本明細書でさらに説明するように、位置決め可能なジョイント３００のコンポーネントを受け入れ収容するための中空内部を画成する。いくつかの実装において、第２の筺体３２０の中空内部は、全体的または部分的に円筒形または実質的に円筒形である。第２の筺体３２０は、モジュラーツーリングまたは他の機械部品に接続するための一体的に形成されたコネクタ３２４を含んでもよい。

第２の筺体３２０は、また第２のジョイント部材３１９に対して、第１のジョイント部材３０９の回転軸線に位置決めされ、その回転軸に沿って延びる一体的に形成された係合面３２５を有する。係合面３２５は、第２の筺体３２０の外周に形成され、その周囲に延びることができる。本実施例において係合面３２５は、第２の筺体３２０のための実質的に多角形の外周を画成し、多角形の外周が回転軸線の中心にあり、回転軸線に実質的に平行な方向から見たときに、第２の筺体３２０のための多角形断面が、係合面３２５の領域に画成される。他の形状を使用することもできる。

エンドプレート３２２は、実質的に平面円形部材であり、平面円形部材は、第２の筺体３２０に対するエンドプレート３２２の回転を防止するように作動可能なねじ部品等の従来の留め具により、第１のジョイント部材３０９とは反対側の第２の筺体３２０の開口端にしっかりと接続されている。開口３２３は、エンドプレート３２２を貫通して形成されている。本実施例において、開口３２３は、第２のジョイント部材３１９に対して第１のジョイント部材３０９の回転軸線上に位置決めされその回転軸線に沿って延びる。

保持リング３２６は、従来の留め具によってしっかりと第２の筺体３２０に接続されている。保持リング３２６は、第２の筺体３２０に対して構成され、第１の筺体３１０の一部が受け入れられる環状チャンネルを画成する。この接続は、第１の筺体３１０と第２の筺体３２０が互いに回転可能であるが、保持リング３２６が第２の筺体３２０に接続されている間は、有意な距離だけ軸方向に分離または移動することができないように構成される。

第２のジョイント部材３１９に対する第１のジョイント部材３０９の回転を駆動するために、位置決め可能なジョイント３００は、モーター３３０を有する。モーター３３０は、モータハウジング３３２と出力軸３３４とを含む。モーター３３０は、入力信号を受信して、入力信号に応じて、所望の回転度で出力軸３３４を回転するように動作可能である。別の実装において、モーター３３０は、減速機を含まない電気モーターであってもよく、第２の筺体３２０の内部など、別個に歯車列を設けることができる。

第２のジョイント部材３１９に対するモータハウジング３３２の相対的な回転を防止するように、モータハウジング３３２は、第２のジョイント部材３１９に固定的に接続されている。例えば、ねじ部品または他の従来の留め具を使用して、モータハウジング３３２をしっかりとエンドプレート３２２に接続することができる。出力軸３３４は、エンドプレート３２２の開口３２３を貫通している。ハブ３３６は、出力軸３３４に接続されている。この実装において、ハブは、出力軸３３４を受け入れるための内側ボアを有し、軸は六角ねじのような従来の手段によって保持され、六角ねじは内側ボアに、実質的に垂直な通路に沿ってハブにねじ込まれ、六角ねじの、ねじの進退に応じて、出力軸３３４との係合および離脱を可能にする。ハブ３３６の外周は、他の構造の回転を駆動するためのハブの係合を可能にするように意図された特徴を含み、この実装において、該特徴は、実質的に多角形の（例えば六角形）の周辺の一部として、実質的に平面である。

モーターの出力軸３３４は、クラッチアセンブリ３５０を介して、駆動部材３４０に接続されている。駆動部材３４０は、第２の筺体３２０および軸受３４１に配置されている。クラッチアセンブリ３５０は、駆動部材３４０からモーターに伝達されるトルクの量を制限するように機能する非作動クラッチである。例えば、クラッチアセンブリ３５０にかかるトルクが所定のトルクの量を満たすあるいはそれを超える場合、クラッチアセンブリ３５０は滑る（回転を伝達しない）ように構成することができる。このことにより、外力が加えられた結果としてのモーター３３０の損傷を防止することができる。

クラッチアセンブリ３５０は、駆動部材３４０の円筒部３４２内に格納される。円筒部３４２は、幾何学的特徴を含む円筒形の壁の形態を有し、幾何学的特徴は、クラッチアセンブリ３５０に係合するように構成され、駆動部材３４０は、クラッチアセンブリ３５０によって駆動することができる。図示された例において、駆動部材３４０は、複数の軸方向に延びるスロット３４３を有しており、スロットは、円筒部３４２の開口端から円筒形の壁まで下がった閉端部まで延びる。以下に説明するように、クラッチアセンブリ３５０の部分は、軸方向に延びるスロット３４３に受け入れられる。

クラッチアセンブリ３５０は、付勢要素３５２と複数の第１のクラッチプレート３５６と複数の第２のクラッチプレート３５４とを含む。複数の第１のクラッチプレート３５６は、複数の第１のクラッチプレート２１０と実質的に類似し、複数の第２のクラッチプレート３５４は、複数の第２のクラッチプレート２１２と実質的に類似する。複数の第１のクラッチプレート３５６と複数の第２のクラッチプレート３５４は、交互に積層される。付勢要素３５２は、第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６とエンドプレート３２２との間に位置決めされ、第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６に圧力を加え、それにより第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６間の摩擦係合を増加させる。各第２のクラッチプレート３５４は、ハブ３３６に係合するように構成された駆動開口３５５を有する。ハブ３３６と駆動開口３５５が係合する結果、第２のクラッチプレート３５４は、モーター３３０の出力軸３３４と一体に回転する。各第１のクラッチプレート３６４は、駆動部材３４０の軸方向に延びるスロット３４３に延びるフィンガーや歯等の複数の係合構造３５７を有する。係合構造３５７が軸方向に延びるスロット３４３と係合する結果、第１のクラッチプレート３５６は、駆動部材３４０と一体に回転する。

モーター３３０によって第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６にかかるトルクは、正常動作条件および予想される動作条件下で、クラッチアセンブリ３５０が収容しようとする閾値トルク値未満であり、したがって、モーター３３０の出力軸３３４の回転は、クラッチアセンブリ３５０を介して、駆動部材３４０の回転を生じさせる。しかしながら、仮にトルクが駆動部材３４０によってクラッチアセンブリ３５０にかかり、クラッチアセンブリ３５０が滑ると、駆動部材３４０によって第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６にかかるトルクが所定値を超えて、モーター３３０の出力軸３３４の回転が防止される。所定値は、第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６のために選択された寸法や素材の関数ならびに付勢要素３５２によって第１及び第２のクラッチプレート３５４、３５６にかかる力の量であり、モーター３３０の特性に基づいて設定される。

駆動部材３４０は、第１の筺体３１０に延びる駆動軸３４４を有する。駆動軸３４４の端において、駆動軸３４４の外周に係合構造３４５が画成されている。本実施例において、係合構造３４５は、駆動開口３１３の幾何学的な構成と相補的な幾何学的な構成を有し、係合構造３４５は、駆動開口３１３内に配置され、駆動部材３４０に対するエンドプレート３１２と第１の筺体３１０の動きが抑制される。

解放可能なクラッチアセンブリ３６０が、第１の筺体３１０内に配置される。解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、解放可能なクラッチアセンブリ３６０が第２のジョイント部材３１９に対する第１のジョイント部材３０９の回転を抑える係合位置と、解放可能なクラッチアセンブリ３６０が第２のジョイント部材３１９に対する第１のジョイント部材３０９の回転を許容する解除位置との間で移動可能である。解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、係合位置と解除位置との間で、解放可能なクラッチアセンブリ３６０の動きを生じさせるように作動可能である。例えば、解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、圧搾空気の供給により作動可能な空気圧作動式クラッチであってよく、解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、係合位置に向かって付勢され、圧搾空気の供給に応じて解除位置に移動可能であってよい。

解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、バックプレート３６２と、波形ばね等の付勢要素３６４と、鍔部３６７を有するプレッシャープレート３６６と、複数の第１のクラッチプレート３７０と、複数の第２のクラッチプレート３６８とを有する。複数の第１のクラッチプレート３７０は、第１のクラッチプレート２１０と実質的に類似しており、複数の第２のクラッチプレート３６８は、第２のクラッチプレート２１２と実質的に類似している。バックプレート３６２は、駆動軸３４４に据え付けられる円形部材である。プレッシャープレート３６６も、駆動軸３４４上に据え付けられ、付勢要素３６４は、バックプレート３６２とプレッシャープレート３６６との間に位置決めされ、プレッシャープレートを第１及び第２のクラッチプレート３６８、３７０に向けて付勢し、複数の第２のクラッチプレート３６８に対する複数の第１のクラッチプレート３７０の摩擦係合を生じさせる。各第２のクラッチプレート３６８の内周部は、フィンガーや歯等の係合構造３６９を含んでもよく、係合構造は、第２の筺体３２０の係合面３２５に受け入れられ、第２の筺体３２０と第２のクラッチプレート３６８の相対的な回転が抑制される。第１のクラッチプレート３７０上のフィンガーや歯等の係合構造３７１と、第１の筺体３１０の内周部の溝３１１は互いに係合し、第１の筺体３１０と第１のクラッチプレート３７０の相対的な回転を防止する。付勢要素が第１及び第２のクラッチプレート３６８、３７０を圧縮して第１及び第２のクラッチプレート３６８、３７０の摩擦係合を提供することにより解放可能なクラッチアセンブリ３６０が係合位置にある状態で、第１及び第２のクラッチプレート３６８、３７０の係合を克服する外力を受けない限りは、第１の筺体３１０に対する第２の筺体３２０の回転は抑制される。

位置決め可能なジョイント３００が所定の位置にロックされている間、解放可能なクラッチアセンブリ３６０は係合位置にとどまる。第１のジョイント部材３０９に対する第２のジョイント部材３１９の角度位置の調整より前に、解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、解除位置に移動させられる。プレッシャープレート３６６によって第１及び第２のクラッチプレート３６８、３７０にかかる圧力を解放することによって、解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、解除位置に移動される。図示された例において、鍔部３６７は、第２の筺体３２０と駆動軸３４４との間に画成されるチャンバ３７２に配置される。解放可能なクラッチアセンブリ３６０を解放するために、圧搾空気の外部ソースに接続された供給ポート３７３等を介して、圧搾空気の供給がチャンバ３７２に導入される。付勢要素３６４の力に逆らって、チャンバ３７２内の空気圧は、プレッシャープレートをバックプレート３６２に向かって移動させる。これにより第１及び第２のクラッチプレート３６８、３７０の摩擦係合が解除され、モーター３３０が第１のジョイント部材３０９に対する第２のジョイント部材３１９の調節を駆動すると、第１のクラッチプレート３７０が第２のクラッチプレート３６８に対して回転することができる。位置決め可能なジョイント３００が所望の角度設定に達すると、解放可能なクラッチアセンブリ３６０は、チャンバ３７２への圧搾空気の供給を終了する係合位置へ移動させられ、それにより第２のジョイント部材３１９に対する第１のジョイント部材３０９の位置を固定する。

第２の筺体３２０に対する第１の筺体３１０の位置を決定するために、位置決め可能なジョイント３００はアブソリュートエンコーダー３８０を含む。アブソリュートエンコーダー３８０は、データムへの較正等相対的な測定技術を使用することなく、またデータムに対する動きを測定することなく、他の構造に対するある構造の位置を直接感知するデバイスである。したがって、モーター３３０のオペレーションを駆動し、第２のジョイント部材３１９に対する第１のジョイント部材３０９の所望の角度方向を設定するために、位置は、モーションコントローラー（図示せず）によって感知することができる。図示された例において、アブソリュートエンコーダーは、米国マサチューセッツ州ボストンのＴｅｋｓｃａｎ社製ＦｌｅｘｉＰｏｔリングのようなフレキシブルポテンショメータである。他のタイプのモーターおよび制御方式を使用して、第２のジョイント部材３１９に対する第１のジョイント部材３０９の所望の回転度を駆動するように作動可能なモーターを提供することができる。

クラッチプレート２１０、２１２は、図１０から図１３に示す位置決め可能なジョイント４００と共に使用されてもよい。位置決め可能なジョイント４００は、第２のジョイント部材４１９に対して回転可能な第１のジョイント部材４０９を含む。位置決め可能なジョイント４００は、位置決め可能なジョイント３００に類似し、位置決め可能なジョイント３００に関する記載は、注記を除いて、位置決め可能なジョイント４００に適用される。

位置決め可能なジョイント４００の第１のジョイント部材４０９は、エンドプレート４１２および一体的に形成されたコネクタ４１４を有する第１の筺体４１０を備える。位置決め可能なジョイント４００の第２のジョイント部材４１９は、エンドプレート４２２と、一体的に形成されたコネクタ４２４と、を有する第２の筺体４２０を備える。モータハウジング４３２と駆動軸４３４を有するモーター４３０は、エンドプレート４２２を介して、位置決め可能なジョイント４００に接続可能である。駆動軸４３４は、ピニオンギア４３６を介して、歯車列４４８を駆動する。歯車列４４８は、モーター４３０によって提供される回転力のスピードを減少させ、モーター４３０によって提供される回転力のトルクを増加させる。歯車列４４８は、ギアキャリア４４６を回転させる。図示された例において、歯車列４４８は遊星歯車列である。他のタイプの歯車列を使用することもできる。また、モーター３３０に関して記載されたように、内部歯車減速を有するモーターを使用することに有利になるように、歯車列４４８を省略することができる。

駆動部材４４０およびクラッチアセンブリ４５０は、駆動部材３４０およびクラッチアセンブリ３５０に関して記載した通りであり、クラッチアセンブリ４５０は、モーターと駆動部材４４０との間の所定レベル未満のトルクを伝導する。クラッチアセンブリは、付勢要素４５２とクラッチプレート４５４、４５６とを含む。クラッチプレート４５４、４５６は、クラッチプレート２１０、２１２に類似している。クラッチアセンブリ４５０は、所定のトルクレベル未満でクラッチアセンブリ４５０と駆動部材４４０と一体に回転するギアキャリア４４６を介して、モーター４３０から回転力を受ける。保持リング４４７は、クラッチアセンブリ４５０をギアキャリア４４６上に保持し、クラッチアセンブリ４５０がギアキャリア４４６と保持リング４４７との間にキャプチャーされ、クラッチアセンブリ４５０のディスクが圧縮される。軸受４４１は、第２の筺体４２０に対する駆動部材４４０の回転を容易にする。駆動軸４４４は、第１の筺体４１０を貫通し、留め具４４５によって筺体に固定されている。駆動軸４４４の内部の空気通路は、ポート４７３を介して、圧搾空気を第１のジョイント部材４０９に供給する。軸受４６６は、第２の筺体４２０に対する第１の筺体４１０の回転を容易にする。

解放可能なクラッチアセンブリ４６０は、係合位置と解除位置との間で移動可能であり、解放可能なクラッチアセンブリ４６０は、図６から図９の解放可能なクラッチアセンブリ３６０と同様に機能するが、異なる構造的構成を有する。解放可能なクラッチアセンブリ４６０は、駆動部材４４０の軸部分に据え付けられるカラー４６２を含む。カラー４６２は、くさび面４６４を有する。複数のＪ字型のレバー４６５は、ピンによって枢動可能に第２の筺体４２０に接続されている。各Ｊ字型のレバー４６５は、カラー４６２と係合する第１の端部と、第１及び第２のクラッチプレート４６８、４７０に圧力をかけて、係合したときの、第２のジョイント部材４１９に対する第１のジョイント部材４０９の回転を抑える第２の端部とを備える。複数の第１のクラッチプレート４７０は、複数の第１のクラッチプレート２１０と実質的に類似し、複数の第２のクラッチプレート４６８は、複数の第２のクラッチプレート２１２と実質的に類似する。ポート４７３からの第２の筺体４２０内の空気圧は、カラー４６２を下方に押して、Ｊ字型のレバー４６５を旋回させ、第１及び第２のクラッチプレート４６８、４７０と係合させ、解放可能なクラッチアセンブリ４６０を係合位置に配置させる。第２の筺体４２０内の空気圧の解放に応じて、カラー４６２は上方にスライドし、くさび面４６４がもはやＪ字型のレバー４６５の旋回を妨げることはない。Ｊ字型のレバー４６５が旋回し、第１及び第２のクラッチプレート４６８、４７０の圧力を解放し、第１のジョイント部材４０９および第２のジョイント部材４１９の相対的な回転がもはや抑制されない状態で、解放可能なクラッチアセンブリ４６０が解除位置に配置される。

位置決め可能なジョイント４００は、エンドプレート４１２と第２の筺体４２０との間に位置するアブソリュートエンコーダー４８０を有する。アブソリュートエンコーダー４８０は、アブソリュートエンコーダー３８０と同様に機能する。

本発明は、特定の実施形態に関連して説明されたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものでなく、反対に、精神および添付の請求の範囲の範囲内に含まれる様々な変更および均等物をカバーすることを理解されたい。その範囲は法の下で認められているような全ての変更および均等物を包含するように最も広い解釈が与えられるべきである。

Claims (17)

1. 第１の部材と、
   前記第１の部材から離間した関係に維持される第２の部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置さるクラッチプレートと、を備え、
   前記クラッチプレートは、前記クラッチプレートの軸方向に垂直な面で分割され互いに摺動自在に回転可能な第１の半割体及び第２の半割体と、前記第１の半割体及び前記第２の半割体からそれぞれ半径方向に延びて互いに対向する一対の係合構造を有し、
   前記軸方向の圧力が前記第１の部材にかかるときに、前記クラッチプレートの前記第１の半割体と前記第２の半割体は、反対方向に回転し、前記一対の係合構造がなす幅を広げる、アセンブリ。
2. 溝が形成された円筒形の壁を有する筺体を更に備え、
   前記一対の係合構造は、前記円筒形の壁の前記溝内に配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記軸方向の圧力がかからない場合の、前記一対の係合構造がなす前記幅は、前記一対の係合構造が配置される前記円筒形の壁のそれぞれの前記溝の幅未満である、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 溝が形成された軸を有する筺体を更に備え、
   前記クラッチプレートの前記一対の係合構造は、前記軸の前記溝内に配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
5. 前記軸方向の圧力がかからない場合の、前記一対の係合構造がなす前記幅は、前記一対の係合構造が配置される前記軸の前記溝それぞれの幅未満である、請求項４に記載のアセンブリ。
6. 前記クラッチプレートの前記第１の半割体および前記第２の半割体の互いに対向する対向面には、前記軸方向に突出する一対の突出部がそれぞれ形成され、前記一対の突出部の各々の端面が互いに対向する傾斜面となるように形成される、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 前記クラッチプレートの前記第１の半割体と前記第２の半割体の前記一対の突出部は、それぞれ三角形の断面形状を有している、請求項６に記載のアセンブリ。
8. 各前記一対の突出部は、それぞれ直角三角形の断面形状を有し、前記直角三角形の斜辺が前記傾斜面に含まれる、請求項７に記載のアセンブリ。
9. 前記クラッチプレートの前記第１の半割体の前記傾斜面と、前記第２の半割体の前記傾斜面とは、前記一対の突出部の各々の前記直角三角形の直角から前記斜辺までの向きが反対となるように配列される、請求項８に記載のアセンブリ。
10. 前記クラッチプレートの前記第１の半割体の各前記傾斜面の前記斜辺は、前記クラッチプレートの前記第２の半割体の前記傾斜面それぞれの前記斜辺と係合する、請求項８に記載のアセンブリ。
11. 前記クラッチプレートの前記第１の半割体および前記第２の半割体の前記傾斜面は類似する、請求項６に記載のアセンブリ。
12. 前記クラッチプレートは、前記軸方向に延びる円筒形の開口部を有する略円盤状の構成を含み、前記第１の部材にかかる前記軸方向の圧力が増加するにつれて、前記軸方向に測定される前記クラッチプレートの厚さが最小厚さに達するまで、前記クラッチプレートの前記厚さは減少する、請求項１に記載のアセンブリ。
13. 溝が形成された円筒形の壁と溝が形成された軸とを有する筺体と、
    前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置される第２のクラッチプレートと、を備え、
    前記第２のクラッチプレートは、前記第２のクラッチプレートの軸方向に垂直な面で分割され互いに摺動自在に回転可能な第３の半割体及び第４の半割体と、前記第３の半割体及び前記第４の半割体からそれぞれ半径方向に延びて互いに対向する第２の一対の係合構造を有し、
    前記第１の部材に前記軸方向の圧力がかかるときに、前記第２のクラッチプレートの前記第３の半割体と前記第４の半割体は反対方向に回転して、前記第２の一対の係合構造のなす幅を広げ、
    前記クラッチプレートの前記一対の係合構造は、前記円筒形の壁の前記溝に配置され、前記第２のクラッチプレートの前記第２の一対の係合構造は、前記軸の前記溝に配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
14. 前記第２の部材は、前記円筒形の壁に接続されたエンドプレートを備える、請求項１３に記載のアセンブリ。
15. 前記クラッチプレートの前記第１の半割体および前記第２の半割体の互いに対向する対向面には、前記軸方向に突出する一対の突出部がそれぞれ形成され、前記一対の突出部の各々の端面が互いに対向する傾斜面となるように形成され、
    前記第２のクラッチプレートの前記第３の半割体および前記第４の半割体の互いに対向する対向面には、前記軸方向に突出する一対の突出部がそれぞれ形成され、前記一対の突出部の各々の端面が互いに対向する傾斜面となるように形成される、請求項１３に記載のアセンブリ。
16. 前記第１の半割体と前記第２の半割体の前記一対の突出部と、前記第３の半割体と前記第４の半割体の前記一対の突出部とは、それぞれ三角形の断面形状を有しており、
    各前記一対の突出部は、それぞれ直角三角形の断面形状を有し、前記直角三角形の斜辺が前記傾斜面に含まれ、
    前記クラッチプレートの前記第１の半割体の前記傾斜面と、前記第２の半割体の前記傾斜面とは、前記一対の突出部の各々の前記直角三角形の直角から前記斜辺までの向きが反対となるように配列され、
    前記クラッチプレートの前記第１の半割体の各前記傾斜面の前記斜辺は、前記クラッチプレートの前記第２の半割体の前記傾斜面それぞれの前記斜辺と係合する、請求項１５に記載のアセンブリ。
17. 前記第１の半割体と前記第２の半割体の前記一対の突出部と、前記第３の半割体と前記第４の半割体の前記一対の突出部とは、それぞれ三角形の断面形状を有しており、
    各前記一対の突出部は、それぞれ直角三角形の断面形状を有し、前記直角三角形の斜辺が前記傾斜面に含まれ、
    前記第２のクラッチプレートの前記第３の半割体の前記傾斜面は、前記第４の半割体の前記傾斜面とは、前記一対の突出部の各々の前記直角三角形の直角から前記斜辺までの向きが反対となるように整列され、
    前記第２のクラッチプレートの前記第３の半割体の各前記傾斜面の前記斜辺は、前記第２のクラッチプレートの前記第４の半割体の前記傾斜面それぞれの前記斜辺と係合する、請求項１５に記載のアセンブリ。

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