JPH10513250A - 遠心クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 遠心クラッチ（１０）は、円筒形の内面（１４）を有する回転可能なドラム（１２）と、複数のシュー（２４）を含み、各シューは、ドラムの内面と摩擦接触する噛合い外面（２８）を有し、各シューは、ハブがドラムと同心円で回転するときに、それと共に回転するよう、回転可能なハブ（２０）に結合し、各シューのドラムに対する半径方向内向きおよび外向きの移動が許容され、さらに、半径方向内側に突き出す第一ロック部分（３４）および半径方向外側に突き出して第一ロック部分と円周方向に間隔をあけた第二ロック部分（３６）を有する各シューの剛性シュー部材（２６）と、複数の圧縮ばね（４８）を含み、ドラムの内面から半径方向内側の方向に、シューにバイアスをかけるため、隣接する一方のシューの第一ロック部分と第二ロック部分との間を圧縮するよう、少なくとも一つの圧縮ばねが配置され、ドラムが構造的に破損するか軸方向に外れた場合にシューが分離しないようにばねとロック部分との組合せが、ドラムの内面との接点を越えた所定の距離より半径方向外側に移動しないように、シューをロックする。高および低利得モードを提供するため、ハブのドグ（２２）と各シュー部材の対応するスロット（３２）との間に、可動ウェッジ部材（４６）を挿入することができる。隣接するシューを結合する、締まり嵌めの円周ガイド（６６）によって、動的安定性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心クラッチ 背景技術 本発明は、軽車両、チェーンソー、ポンプ、風車、圧縮機、エンジン、電動機 、風力駆動製品などに使用するような、回転動力源を被駆動負荷に可変結合する 遠心クラッチに関する。 遠心クラッチは、たとえば本発明の発明者に帰される米国特許第 2,942,711号 および第 3,971,463号で開示され、これらの特許はこの参照により本明細書に組 み込まれる。通常は、複数の半径方向に移動可能なシューが、シューの接続され ているハブと同心円状に回転するドラムの内面に摩擦接触する。通常、ハブはエ ンジンまたは動力源に結合された駆動軸またはフェイスプレートに固定され、ド ラムは、ベルト、チェーンまたは直結駆動装置などによって被駆動負荷に結合さ れる。このようなクラッチは、低速ではトルクをほとんど、あるいはまったく伝 達せず、シューにかかる遠心力に比例して、高速になるほど徐々に伝達トルクが 大きくなる。上記の特許では、エンジンまたはその他の動力源が無負荷状態でア イドリングできるよう、所定の限界未満の速度ではクラッチが切れた状態を維持 するため、 ばねでバイアスがかかった要素を使用する。 先行技術で実施されたような遠心クラッチには、たとえば次のようないくつか の問題および欠点がある。 １．動力源の特性に合わせて所望のトルクと速度との関係を提供できないとい う点で、効果的でない。 ２．シューが過度に滑動し、その結果、過度に磨耗するという点で寿命が短く 、これは特に振動が大きい構成要素がある場合やトルクの慣性負荷が大きい場合 に甚だしい。 ３．使用しているばねが破損しやすく、特に両端のフックに疲労を誘発する応 力の発生部分があるという点で、信頼性が低い。 ４．ドラムに構造的故障がある場合に、シューが飛び散ってしまう可能性があ るという点で、安全ではない。 ５．望ましくないほど製造費が高い。 米国特許第２，９４２，７１１号で開示されたようなクラッチは、様々な方法 で組み立てて、それに対応する様々なトルクと速度との関係を選択的に提供する ことができる。たとえば噛合いの速度を選択できるストレート遠心、比較的素早 い作動、または比較的滑らかな作動などである。しかし、完全に満足で きるトルクと速度との関係はなく、不正確な組立の可能性が多数にある。米国特 許第３，９７１，４６３号で記載されたようなクラッチは、トルク伝達が漸進的 に増加するよう、増加する速度増分でシューと連続的に噛み合える駆動部材突起 を提供する。この場合も、完全に満足できるトルクと速度との関係はなく、最初 にクラッチの全負荷速度のうち高い割合で噛み合うことが望ましい場合は特に満 足できず、クラッチは過度に複雑で、製造費が高額になる。 遠心クラッチのドラムと金属シュー部材とは、金属と金属とが直接接触するこ とも知られている。しかし、このようなクラッチは、摩擦係数が低く、過度に磨 耗し、磨損があることから、応用例が非常に限定される。 したがって、狭い速度範囲で無負荷から全負荷まで滑らかに移行することがで きる所望のトルク速度曲線を自動的に提供し、ドラムの故障時にはシューが分離 しないようフェールセーフ式で、信頼性があって寿命が長く、製造費が安価な遠 心クラッチに対する需要がある。 概要 本発明は、シューと圧縮バイアスばねとの連動組合せ、およ び狭い速度範囲内で低利得と高利得方向との間で滑らかに移行する、ばねでバイ アスがかかったウェッジを有する遠心クラッチを提供することにより、この需要 に応じる。本発明の一つの態様では、クラッチは、円筒形の内面を有する回転可 能なドラムと、ドラムの内面と摩擦接触するために、それぞれが外部噛合い面を 有する複数のシューと、ハブがドラムと同心円状に回転しているときに回転可能 なハブとともに回転するよう、各シューをハブに結合する手段と、各シューのド ラムに対する半径方向内側および外側への移動を許容する手段と、半径方向内側 に突き出す第一ロック部分と半径方向外側に突き出して第一ロック部分から円周 方向に間隔をあけた第二ロック部分とを有する各シューの剛性シュー部材とを含 み、隣接するシューの一方の第一および第二ロック部分は、ドラムが構造的に破 損するか、軸が外れた場合にシューが分離しないよう、シューが、ドラムの内面 と接触する以上の所定の距離より半径方向外側に移動しないよう、シューをロッ クする。 結合手段は、ハブ上に形成された複数のドグ（ｄｏｇ）を含むことができ、各 ドグは対応するシューの一つと噛み合う。許容手段は、対応する一方のドグと噛 み合うよう、各クラッチシ ュー上に形成された半径方向に向いたスロットを含むことが好ましい。各シュー は、対向するドラム接触先端を有することができ、スロットは接触先端間のほぼ 中央に配置される。 クラッチは複数の圧縮ばねを含むことができ、ドラムの内面から半径方向内方 向にシューにバイアスをかけるため、隣接するシューの第一ロック部分と第二ロ ック部分との間を圧縮するよう、少なくとも一つの圧縮ばねが配置され、ばねと ロック部分との組合せで、ドラムの内面との接点を越えた所定の距離より半径方 向外側に移動しないよう、シューをロックする。内面は、ほぼ６インチの直径を 有することができ、圧縮ばねは、約１８００ｒｐｍ未満のハブ速度では摩擦接触 しないよう選択される。クラッチは、１８００ｒｐｍを上回ると１００ｒｐｍ当 り少なくとも約１５ポンド・フィートの割合で増加するトルクを伝達できるよう にすることができる。この割合は１００ｒｐｍ当り少なくとも約２０ポンド・フ ィートとすることができる。 クラッチは、さらに、隣接するシューを円周方向に噛み合わせ、これによって ドラムに対してシューを半径方向に安定させるため、各シュー上にガイドを含む ことが好ましい。各ガイドは、個々のシューのロック部分の近傍の一方から延在 する、一 対の対面する平行間隔のガイド表面で形成することができ、各シューの舌状部分 が他方のロック部分から延びて、隣接するシューのガイド表面と噛み合う。各シ ューのガイド表面は、第一ロック部分から延び、舌状部分は第二ロック部分から 延びることができる。 本発明の別の態様では、クラッチはドラムと、複数のシューと、各シューを回 転可能なハブに結合する手段と、ドラムに対する各シューの半径方向内側および 外側への移動を許容する手段と、剛性シュー部材と、複数の圧縮ばねとを含み、 少なくとも一つの圧縮ばねは、ドラムの内面から半径方向内側へシューにバイア スをかけるため、隣接するシューの一方の第一ロック部分と第二ロック部分との 間を圧縮するよう配置され、ばねとロック部分との組合せは、ドラムが構造的に 破損するか、軸が外れた場合にシューが分離しないよう、シューが、ドラムの内 面との接点を越えた所定の距離より半径方向外側に移動しないよう、シューをロ ックする。 本発明のさらなる態様では、クラッチは回転可能なドラムと、ドラムと同心円 状に回転可能な状態で取り付けられ、外側に延びる複数のドグを有するハブを含 み各ドグに表面が形成され、 クラッチはさらに、複数のシューと、剛性シュー部材と、一方のシュー部材の駆 動表面とハブの対応する傾斜表面との間に挿入された複数のウェッジ部材と、シ ュー部材に対して半径方向内側にウェッジ部材にバイアスをかけるウェッジバイ アス手段とを含み、ウェッジ部材とウェッジバイアス手段との組合せが、第一低 利得結合モードを提供し、このモードでは、対応するウェッジ部材がシュー部材 に対して半径方向に移動するにつれ、各シュー部材がハブに対して円周方向に移 動し、さらに各ウェッジ部材が対応するシューに対して半径方向に固定された第 二高利得結合モードも含む。 図面 本発明の以上およびその他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特 許請求の範囲、および図面を参照することによって、さらによく理解される。 第１図は、本発明による遠心クラッチの端断面図である。 第２図は、第１図のクラッチの側断面図である。 第３図は、第１図のクラッチのトルク速度曲線を示すグラフである。 第４図は、低利得モードで作動し、噛み合う第１図の代替構 成を示す端断面図である。 第５図は、中利得モードで噛み合う第４図のクラッチを示す詳細な端面図であ る。 第６図は、高利得モードで噛み合う第４図のクラッチを示す詳細な端面図であ る。 第７図は、低利得モードにおける第４図のクラッチのベクトル図である。 第８図は、高利得モードにおける第４図のクラッチのベクトル図である。 第９図は、第４図のクラッチのトルク速度曲線を示すグラフである。 説明 本発明は、特に安全で、信頼性が高く、効果的に狭い速度範囲内で無負荷から 全負荷まで滑らかに移行する遠心クラッチを指向する。図面の第１図から第３図 を参照すると、遠心クラッチ１０は、円筒形の内面１４を有するドラム１２を含 み、ドラム１２は、一対の玉軸受け１６によって、駆動軸１８に回転可能な状態 で取り付けられ、軸１８は、従来通りの手段（図示せず）によってドラム１２と 同心円状に回転可能な状態で取り付 けられる。半径方向に突き出すドグ２２を有するハブ２０は、軸１８に固定状態 で取り付けられ、ドグ２２は、これとともに半径方向に移動可能な対応する遠心 シュー２４と噛み合う。各シューは、剛性シュー部材２６と、ドラム１２と摩擦 状態で噛み合うライニング２８を含み、これによってクラッチ１０のトルク伝達 能力は、軸１８の速度とともに増加する。ライニング２８は、ライニング２８の 先端３０Ａと後端３０Ｂとの間でシュー部材２６上に円周方向に延在し、端部３ ０Ａおよび３０Ｂは一般にライニング端部３０と呼ばれる。シュー部材２６は、 ライニング２８を削除して、ドラム１２と直接接触するようにできることが理解 される。実際、本発明のクラッチ１０は、先行技術では不可能であった多くの応 用例で、あらゆる金属の構成を有することができる。 シュー部材２６にはそれぞれ、ハブ２０の対応するドグ２２と噛み合う半径方 向に向いた駆動スロット３２を形成する。図示のクラッチ１０の例証的な構成で は、駆動スロット３２は、シュー２４のソフトスタート応答を生じるため、円周 方向でライニング２８の後端３０Ｂより先端３０Ａにわずかに近く配置されてい る。摩擦噛合いを生じる遠心力は、回転速度の二乗に 比例する。駆動スロット３２を端部３０Ａと３０Ｂとの中間に配置することによ って、ニュートラルな反応を提供することが理解される。その逆に、駆動スロッ ト３２を後端３０Ｂに近づけて配置すると、上記で言及した米国特許第 2,942,7 11号に記載されているように、クラッチ１０のトルク曲線が、より急速に漸進的 になるトルク特性になる（利得が高くなる）。 本発明によると、各シュー部材２６は、円周方向に間隔をあけて内側に突き出 す第一ロック部分３４および外側に突き出す第二ロック部分３６を有する。隣接 するシュー２４のロック部分３４および３６は、ドラム１２との噛み合いを越え て所定の量より大きくシュー２４が分離しないよう連動する。したがって、ドラ ム１２が破損するか、それが軸方向に移動してシュー２４から離れた場合、シュ ー２４は外側に投げ出されず、軸１８の周囲で端と端とが噛み合った状態で保持 されるので有利である。これは、ドラム１２の故障時に、ハブ２０がドラム１２ によって達成されるよりはるかに高速で回転する可能性が高い、という点で非常 に有利である。 図面で図示されているようなクラッチ１０では、シュー２４をドラム１２から 離して内側にバイアスをかけるため、シュー ばね３８と指定される、横方向に間隔をあけた複数の圧縮ばねを、隣接するシュ ー２４の第一ロック部分３４と第二ロック部分３６との間に挿入する。ドラムの 故障時に、シュー２４の端と端とを噛み合わせるための連動は、ばね３８との組 合せで達成され、ばね３８はコイル圧縮ばねである。ばね３８のような圧縮ばね は、同等の有効負荷容量を有する張力ばねほど嵩張らないばかりでなく、これよ り圧縮に対して本質的に強力で、疲労破損を生じにくいことが理解される。さら に、ロック部分３４および３６が、ばね３８がなくてもシュー２４の端と端とを 噛み合わせるという点で、ばね３８が構造的に故障しても、支持がまったく失わ れることにはならない。さらに、以下でさらに述べるように、ばね３８が破損し ても、ばね３８はロック部分３４、３６間に制限され、その間に少なくとも多少 の間隔を生じる。 第２図で示すように、複数のリベット固定具４２によって一対の円盤形保持部 材４０が、ハブ２０の対向する側にしっかり固定され、シュー２４は保持部材４ ０間に摺動可能な状態で制限される。保持部材４０は、ばね３８の破損時に、ば ね３８をシュー部材の第一ロック部分３４と第二ロック部分３６との間 に制限する働きもする。これ以外では、各ばね３８を、シュー部材２６上に形成 された個々のロケータボス（locator boss）４４によって対向する端部に配置す る。第２図でさらに示すように、シュー２４は、クラッチ１０の図示の例証的な 構成では約２．５インチである幅Ｗを有し、ばね３８は隣接するシュー２４のそ れぞれの対の間で、４つのグループに横方向に間隔をあける。ロック部分３４お よび３６はそれぞれ、ドラム１２の高速での構造的破損時に、シューの分離防止 を強化するため、ほぼ幅Ｗ全体にしっかり延在する。 シューばね３８は、噛み合いの所望の限界速度Ｓ₀を提供するよう選択され、 クラッチ１０は、第３図で示すように速度Ｓ₀より下でほぼ切り離される。クラ ッチ１０の一つの例証的で好ましい構成では、ドラム１２の内面１４は、ほぼ６ インチの直径Ｄを有し、３つのシュー２４はそれぞれほぼ２．５ポンドの重量を 有する。隣接するシューの間に約１８５ポンドの力を提供するようばね３８を選 択すると、速度Ｓ₀はほぼ１８００ｒｐｍである。トルク容量は、以下で検討す るように、ハブ２０の回転速度の二乗に比例して増加する摩擦噛合いの遠心要素 とともに増加する。したがって、クラッチ１０によるトルク 伝達はＴ_N＝Ｋ（Ｎ²−１８００²）に制限され、ここでＮは１８００ｒｐｍから 上の範囲であり、Ｋはシュー２４の重量およびシュー２４とドラム１２との間の 摩擦係数に比例する。ライニング２８をウィスコンシン州ミルウォーキーの Sca n Pacから入手できるＲＦ−３８のような代表的な組成で形成し、ドラム１２の 内面１４を軟鋼で形成すると、クラッチ１０は２２００ｒｐｍで約８０ポンド・ フィートを伝達することができ、たとえば３０００ｒｐｍで４０馬力という定格 のディーゼルエンジンに使用するのに適し、４０馬力は３０００ｒｐｍで７０ポ ンド・フィートに等しい。クラッチ１０によって伝達されるトルクは、第３図で さらに図示するように、最初は１００ｒｐｍで約１８ポンド・フィートという利 得または率で増加する。クラッチ１０のこの構成では、シュー２４は、３０００ ｒｐｍを超える速度、および好ましくは少なくとも４０００ｒｐｍで、シュー部 材２６のロック部分３４および３６によって、所定の直径を越えて分離しないよ うロックされる。 さらに第４図から第７図を参照すると、１０’で指定されたクラッチの代替構 成は、２２’で指定されたドグの片方が傾斜して形成されたハブ２０を有する。 ウェッジ部材４６が、各シ ュー部材２６と対応するドグ２２’との間の駆動スロット３内に挿入され、ウェ ッジ部材４６は、クラッチ１０’に特有の可変利得トルクを生成するため、少な くとも一つのウェッジばね４８によって、ハブ２０に向かって内側にバイアスが かかる。特に、ウェッジ部材４６は、ドグ２２’に接触する傾斜したウェッジ表 面５０を有し、ウェッジ表面５０は駆動スロット３２の後面５２から角度θで傾 斜し、後面５２は距離Ｃだけ、スロット３２の半径方向の二等分線５４から横方 向にずれる。第４図で示すように、ドグ２２’は、ウェッジ部材４６がウェッジ ばね４８によってハブ２０に対して十分内側に進んだ場合、ウェッジ表面５０と 駆動スロット３２の後面５２とに同時に接触し、ドラム１２に対するハブ２０の 通常の回転方向は、湾曲した矢印で指示するように、時計回りである。さらに第 ４図で示すように、シュー２４は、ウェッジ部材４６がハブ２０に対して十分内 側に進んだ状態にある間に、外側に移動してドラム１２と接触することができ、 ウェッジ部材４６は駆動スロット３２の前面５６と摺動接触し、スロット３２の 表面５２と５６とは平行である。このクラッチ１０’の状態を、本明細書では限 界利得モードと呼び、これは速度Ｓ₀で獲得され、速度が第 一中間速度Ｓ₁に増加するまで続くが、この速度で、ウェッジ部材４６の遠心力 と、クラッチ１０’のトルク負荷に応答してドグ２２’がウェッジ部材に加える 半径方向のトルクの負荷成分との組合せに応答して、ウェッジ部材４６がハブ２ ０に対して外側に移動し始める。限界利得モードでは、シュー２４を外側に駆動 するのは、シュー２４、シューばね３８およびウェッジばね４８に作用する遠心 力、およびウェッジばね４８の圧縮負荷のみで、その程度は、これらの力がシュ ーばね３８の内側へのバイアスを克服する程度である。 第５図で示すように、第一中間速度Ｓ₁から第二中間速度Ｓ₂まで、クラッチ１ ０’は第一利得モードで作動し、このモードではドグ２２’はもう駆動スロット ３２の前面５６と接触せず、ウェッジ部材４６は駆動スロット３２内で部分的に 外側に移動する。第一利得モードでは、シュー２４は、上述した限界モードと同 様、遠心力およびウェッジばね４８の負荷によって外側に駆動されるが、ウェッ ジ部材４６が駆動スロット３２内で外側に移動するにつれ、ウェッジばね４８の 負荷が増加する点が異なる。本明細書では、限界利得モードと第一利得モードと を、低利得モードと総称する。 第６図で示すように、第二速度Ｓ₂を上回る速度で、ウェッジ部材４６は駆動 スロット３２内で完全に外側に引っ込み、クラッチ１０’は、第二または高利得 モードで作動し、このモードでは、シュー２４は、シュー２４、シューばね３８ 、ウェッジばね４８、さらにウェッジ部材４６にかかる遠心力、およびドグ２２ ’によるウェッジ部材４６へのトルク反応の半径成分によって外側に駆動され、 シューばね３８による内向きのバイアスによってずれる。第二速度Ｓ₂（高トル クモードの開始時）では、ウェッジ部材４６にかかる遠心力は、ウェッジばね４ ８の圧縮荷重と同じであることが理解される。したがって、本発明によるクラッ チ１０’では、低利得モードと高利得モードとの間が滑らかに移行する。 直径Ｄ＝６インチ（０．２５フィート）およびＷ＝１．１２５インチ（０．０ ９４フィート）を有する第４図から第６図のクラッチ１０’は、本明細書で述べ るように、４０ＢＨＰのディーゼルエンジンに使用するよう構成されている。遠 心クラッチの容量評価で考慮すべき要素は、ドラムの直径、シューの回転重量お よび半径、シューにかかるばね力、シューを駆動するドグとの接触半径および角 度、および摩擦係数である。（スト レート遠心クラッチではなく）増力タイプのクラッチでは、各ドグと個々のシュ ーとの間の力の半径方向成分が、シューの遠心力にベクトル的に加わり、複合力 がドグからのトルクをシューに結合する。したがって、エンジンまたはクラッチ のその他の駆動源のトルク容量も、考慮すべき要素である。このような例証的な ４０ＢＨＰの駆動源は、「Isusa」として知られ、かなり平坦なトルク曲線を有 し、１４００ｒｐｍで７２．０ポンド・フィート、２４００ｒｐｍで７３．９ポ ンド・フィート、３０００ｒｐｍで７２．３ポンド・フィートを提供する。以下 の分析では、利用可能なトルクは上記の平均、つまりＴ_E＝７２．７ポンド・フ ィートと見なす。 さらに第７図および第８図を参照すると、クラッチ１０’に関する以下の分析 は、ソフトスタート作動用に組み立てられた、上述の米国特許第２，９４２，７ １１号で開示されたようなクラッチおよび高増力用に組み立てられた同じクラッ チのトルク容量の評価で開発され、使用に成功している式に基づくものである。 該式は、約１．５パーセントの精度まで、独立の研究所で実施したダイナモメー タ試験で確認された。ソフトスタートの構成の場合、第４図および第７図に示し たようなクラッチ １０’の低利得モードに対応して、トルク容量Ｔ_CLは下式から求められる。 Ｔ_CL＝ｎ［Ｆ_GS−Ｆ_SR−Ｆ_Y1］μＲ_D ここでＦ_GSはシュー２４にかかる遠心力、つまり０．０００３４０８Ｗ_SＲ_GSＮ² で、Ｎはｒｐｍで表した速度、Ｗ_Sはシュー２４のポンドで表した重量、Ｒ_GSは シュー２４の回転半径である。第４図に示すクラッチ１０’の構成では、シュー 部材２６は４．６１平方インチの面積（体積５．１８４立方インチ）および０． １８８フィートの回転半径を有する。密度０．２４５８ポンド／立方インチの焼 結ニッケル鋼鉄合金を使用すると、シュー部材２６の重量は１．２７５ポンドで ある。ライニング２８が０．０６８ポンドの重量を加え、シュー２４の回転半径 を、シュー部材２６のみの場合より約０．００６フィート外側に移動させ、した がってＷ_S＝１．３４３ポンドおよびＲ_GS＝０．１５２フィートとなる。第７図 は、シュー２４が第４図の方向からわずかに回転し、したがってＲ_GSがハブ２０ の中心から垂直に延びることを示す。また、Ｆ_SRは、シューばね３８およびウェ ッジばね４８からシュー部材２６にかかる力の半径方向成分で、Ｎ＝Ｓ₀でＦ_SR ＝Ｆ_GSである。さらに、Ｆ_Y1はウ ェッジ部材４６とシュー部材２６との間の力のＲ_GSと平行な方向を向いた半径方 向成分で、Ｆ_TEと指定され、これによってエンジンのトルクＴ_Eがシュー２４と 結合され、力Ｆ_TEはＸ方向に向かって２０°の角度φに向かう。したがって、エ ンジンがトルクＴ_Eを伝達している場合は下式のようになる。 より一般的にはＦ_Y1＝０．０５９１Ｔであり、ここでＴはクラッチ１０’によ って伝達される実際のトルクである。また、摩擦係数μは上述したように、実験 的に０．３４と求められている。したがって、下式のようになる。 Ｔ_CL＝0.255[7.0029×10^-5(N²-1400²)-0.591T_C] ＝1.551×10^-5N²-30.409 高増力構成では、第６図および第８図に示したようなクラッチ１０’の高利得 モードに対応して、ブロック４６にかかる遠心力がシューにかかる遠心力に加わ り、したがってトルク容量Ｔ_CWは下式から求められる。 Ｔ_CH＝ｎ［Ｆ_GS＋Ｆ_GW−Ｆ_SR−Ｆ_Y2］μＲ_D ここでＦ_GWはウェッジ部材４６からの遠心力、つまり0.0003408Ｗ_WＲ_GWＮ²で、 Ｗ_Wはウェッジ部材４６のポンドで表した重量、Ｒ_GWは部材４６の回転半径であ る。第４図に示すクラッチ１０’の構成では、ウェッジ部材４６は０．３０７平 方インチの面積（体積０．５３７立方インチ）を有し、０．１９４フィートの回 転半径Ｒ_GWを有する。シュー材２６に焼結合金を使用すると、ウェッジ部材４６ の重量は０．１３２ポンドで、一対のシューばね３８を含めると約０．１４ポン ドとなる。第８図は、第７図の方向からわずかに回転し、したがって座標軸がシ ュー２４とウェッジ部材４６を組み合わせた回転半径と整列するシュー２４を示 す。また、Ｆ_SWはウェッジばね３８からウェッジ部材４６にかかる力の半径方向 成分で、Ｎ＝Ｓ₂でＦ_SW＝Ｆ_GWである。さらに、Ｆ_Y2はボス４４とウェッジ部材 ４６との間の力Ｆ_Nの半径方向成分で、Ｙ方向に向かう。力Ｆ_Nはウェッジ表面５ ０と直角で、エンジンのトルクＴ_Eをウェッジ部材４６に結合する力Ｆ_TEから５ ３°の角度θであり、力Ｆ_NはＸ軸から４８°の角度φで正方向に傾く。したが って、下式のようになる。 したがって下式のようになる。 Ｔ_CH＝0.255[7.0029×10^-5(N²−1400²)＋8.7272×10^-6N² ＋2.639T_C] ＝2.0083×10^-5N²−35＋0.673T_C Ｔ_C＝6.140×10^-5N²＝107.0 第９図は、１４００ｒｐｍで開始するエンジン速度について描いたＴ_CLおよび Ｔ_CHを示し、１８００ｒｐｍの垂直方向の点線は、低利得モードから高利得モー ドへの移行を示す。もう１本の垂直方向の点線は、２０００ｒｐｍにあり、速度 Ｓ₂はウェッジばね４８を適切に選択することによって調節できることを示す。 他の要素が等しければ、ウェッジばね４８からの力が増加すると、第９図には描 かれていないが、Ｔ_CLのプロット図がわずかに上方にずれることが理解される。 第４図でも示すように、各シュー部材２６の第一ロック部分 ３４は、個々のライニング２８の後端５８の近傍に形成され、第二ロック部分は 、ライニング２８の先端６０を越えて間隔をおく。したがって、後端５８は、シ ュー２４を安定化させるために、先端６０よりも長い距離、駆動スロット３２か ら円周方向に延在する。 さらに第４図に示すように、クラッチ１０’の好ましい構成は、組合せの動的 安定性を向上させ、チャタリングを防止し、磨耗を軽減させるため、近接した摺 動噛み合いする隣接したシュー２４の一方を有する。特に、各シュー部材２６は 、関連のシューばね３８とほぼ一直線上に、第一ロック部分から延在する案内舌 状部分６２を有し、案内舌状部分６２は、隣接するシュー部材２６に形成された 案内スロット６４の対向する側面６とを摺動状態で噛み合う。舌状部分６２の対 向する側およびスロット６４の表面６６は平行で、クリアランスが約０．００５ インチしかないことが好ましい。したがって、舌状部分６２と個々のスロット６ ４との噛合いによって、隣接する後端５８の一方および隣接するシュー２４の先 端６０は、ドラムからの半径方向の間隔が一致するよう配置され、シュー２４の 動的挙動をさらに安定化し、隣接するシュー２４の対面する後端５８ と先端６０とで、ライニング２８の磨耗の均等さも確保する。案内舌状部分６２ およびスロット６４はそれぞれ、シュー２４の間で相対的に捻らないことによっ て動的安定をさらに強化し、過度の磨耗に抵抗するために、シュー２４のほぼ全 幅Ｗに中実状に延在することが好ましい。シュー部材２６間の摺動噛合いのさら なる利点は、シュー２４がほぼ円形の関係に制限され、隣接するシュー部材の一 方間の間隔がほぼ均等化することである。その結果、ハブ２０とほぼ同心円状に 維持されたライニング２８によって、一定でないジャダーまたは「チャター」が 防止される。これに対して、先行技術の既存の遠心クラッチは、過度なチャター が生じ、一方のシューとドラムとの間の摩擦噛合いが一時的に増加すると、ドラ ムの共振がずれてハブと偏心関係になり、シューとドラムとの噛合い摩擦の変動 は、一方のシューがハブから遠くへ移動し、他方のシューがハブの近くに移動す ることによって悪化し、一方のシューの遠心荷重がそれに応じて増大し、他方の シューの遠心荷重が減少する。 したがって、本発明のクラッチ１０’は、比較的小さいパッケージで高容量を 提供する、ソフトスタートと高利得との特に有利な組合せを提供する。低利得モ ードと高利得モードとの自 動シフトは、双方向である。したがって、クラッチ１０’は、たとえばポンプの 閉塞などが発生するとほぼ即座に低利得モードに入るという点で、動力源の過度 な過負荷も保護し、クラッチ１０’が時には過熱するかもしれないが、より高価 なポンプおよびエンジンは、クラッチ１０’によって、さもないと起るかもしれ ない損傷から保護される。 本発明について、特定の好ましいバージョンを参照しながら詳細に記述してき たが、他のバージョンも可能である。たとえば、上述したように、ライニング２ ８を削除することができる。また、クラッチ１０’の増力を大きく、あるいは小 さくするよう角度θを選択することもできる。直径Ｄは、多種多様な用途に応じ て、１.１２５インチから最大６フィート以上までなど、選択することができる 。運転速度は、５００ｒｐｍ未満から１０,０００ｒｐｍを上回る範囲まで可能 である。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲は、必ずしも、本 明細書に含まれる好ましいバージョンの記述に限定されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ 【要約の続き】 ードを提供するため、ハブのドグ（２２）と各シュー部 材の対応するスロット（３２）との間に、可動ウェッジ 部材（４６）を挿入することができる。隣接するシュー を結合する、締まり嵌めの円周ガイド（６６）によっ て、動的安定性を向上させることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）円筒形の内面を有する回転可能なドラムと、 （ｂ）各シューが接触先端と接触後端を有し、外部噛合い表面が接触端間に延 在して前記ドラムの内面と摩擦接触する、複数のシューと、 （ｃ）ハブが前記ドラムと同心円状に回転すると、それとともに回転するよう 、前記各シューを回転可能な前記ハブに結合する手段と、 （ｄ）前記各シューの前記ドラムに対する半径方向内側及び外側の移動を許容 する手段と、 （ｅ）半径方向内側に突き出す第一ロック部分と、半径方向外側に突き出して 前記第一ロック部分から円周方向に間隔をあけた第二ロック部分とを有する前記 各シューの剛性シュー部材とを備え、クラッチの高速運転中に前記ドラムが構造 的に破損するか、軸方向に外れた場合に前記シューが分離しないように、隣接す る一方の前記剛性シューの第一および第二ロック部分が、前記ドラムの内面との 接触を越えた所定の距離より半径方向外側に移動しないように前記シューをロッ クする遠心クラ ッチ。 ２．結合手段が、ハブ上に形成された複数のドグを備え、各ドグが対応する一方 のシューと噛み合う、請求の範囲第１項に記載のクラッチ。 ３．許容手段が、対応するドグと噛み合う、各シュー上に形成された半径方向の スロットを備える、請求の範囲第２項に記載のクラッチ。 ４．各シューが、対向するドラム接触端を有し、スロットが、前記接触端のほぼ 中間に配置される、請求の範囲第３項に記載のクラッチ。 ５．（ａ）円筒形の内面を有する回転可能なドラムと、 （ｂ）回転可能な状態で前記ドラムと同心円状に取り付けられ、外側に延在す る複数のドグを有し、該ドグのそれぞれにドグ表面が形成された、ハブと、 （ｃ）各シューが前記ドラムの内面と摩擦接触する外側の噛合い表面を有する 複数のシューと、 （ｄ）対応する一方の前記ドグと結合して、前記ドグとともに回転するように 内側に延びる駆動表面を有し、該駆動表面によって前記各シューが前記ドラムに 対して半径方向内側および 外側に移動することができる前記各シューの剛性シュー部材と、 （ｅ）各ウェッジ部材が、一方の前記シュー部材の駆動表面と前記ハブの対応 する前記ドグ表面との間に挿入される、複数のウェッジ部材と、 （ｆ）前記シュー部材に対して半径方向内側に、前記ウェッジ部材にバイアス をかけるウェッジバイアス手段とを備え、前記ウェッジ部材と前記ウェッジバイ アス手段との組合わせが、 （ｉ）前記ハブと前記シュー部材との間でクラッチトルクを結合する間に、対 応する前記ウェッジ部材が前記シュー部材に対して半径方向に移動するにつれ、 前記各シュー部材が前記ハブに対して円周方向に移動する第一低利得結合モード と、 （ｉｉ）前記各ウェッジ部材が対応する前記シューに対して半径方向に固定さ れ、前記ウェッジ部材が引き続き前記ハブと前記シュー部材との間のクラッチト ルクを結合する第二高利得結合モードとを提供する遠心クラッチ。 ６．さらに、各シュー部材の対向する端の近傍で間隔をおいた、一体成形の第一 および第二ロック部分を備え、クラッチの高速運転中にドラムが構造的に破損す るか軸方向に外れた場合に、シューが分離しないように、隣接するシュー部材の 個々のロッ ク部分の噛合いが前記シューを固定する、請求の範囲第５項に記載のクラッチ。 ７．さらに複数の圧縮ばねを備え、ドラムの内面から半径方向内側の方向に、シ ューにバイアスをかけるため、隣接する一方のシューの第一ロック部分と第二ロ ック部分との間を圧縮するための、少なくとも一つの圧縮ばねが配置され、前記 ばねと前記ロック部分との組合せが、前記ドラムの内面との接点を越えた所定の 距離より半径方向外側に移動しないように前記シューをロックする、請求の範囲 第１項から第６項のいずれか一項に記載のクラッチ。 ８．前記内面が約６インチの直径を有し、約１８００ｒｐｍより下のハブ速度で は摩擦接触しないように圧縮ばねが選択された、請求の範囲第７項に記載のクラ ッチ。 ９．クラッチが、約１８００ｒｐｍより上で、１００ｒｐｍ当たり少なくとも約 １５ポンド・フィートの割合で増加するトルクを伝達することができる、請求の 範囲第８項に記載のクラッチ。 １０．前記割合が、１００ｒｐｍ当たり少なくとも約２０ポンド・フィートであ る、請求の範囲第９項に記載のクラッチ。 １１．さらに、隣接するシュー部材と円周方向で噛み合い、これによってドラム に対してシューを半径方向に安定させるための、各シュー部材上に固定されたガ イドを備える、請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載のクラッチ。 １２．各ガイドが、個々のシューの円周方向で近傍の一方の接触端から一体状に 延びる、一対の対面する平行間隔のガイド表面で形成され、各シューの舌状部分 が、円周方向で近傍の他方の接触端から剛性状に延びて、隣接するシューのガイ ド表面と噛み合う、請求の範囲第１１項に記載のクラッチ。 １３．各シューのガイド表面が、円周方向近傍の接触先端から延在し、舌状部分 が、円周方向近傍の接触後端から延在する、請求の範囲第１２項に記載のクラッ チ。 １４．ガイド表面が、個々の舌状部分の上に約０．００５インチ以下のクリアラ ンスで形成される、請求の範囲第１２項に記載のクラッチ。 １５．シュー部材がそれぞれ全体幅を有し、ドラムに対するシューの動的安定性 を向上させるため、ガイドが、前記全体幅のほぼ全部にわたって、隣接するシュ ーとの位置決め接点を有する、請求の範囲第１１項に記載のクラッチ。 １６．内面が約６インチの直径を有し、シュー部材のロック部分によるシューの ロックが、少なくとも３０００ｒｐｍの回転速度で有効である、請求の範囲第１ 項に記載のクラッチ。 １７．シュー部材が、それぞれ全体幅を有し、シュー部材のロック部分が前記全 体幅にわたって中実状に延在する、請求の範囲第１項に記載のクラッチ。