(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトを回転する力を伝達し、かつ、回転に対抗してシャフトを保持する力を伝達する装置であって、該装置は、
シャフトを受け入れる中央開口を有するベース部材と、
前記ベース部材に隣接して配置され、かつ、前記ベース部材に対して移動可能であり、シャフトに伝達される駆動力のソースに接続されるクラッチの表面と、
前記ベース部材に隣接して配置され、かつ、前記ベース部材に対して移動可能であり、固定部材に接続されるブレーキの表面と、
前記ベース部材に接続され、かつ、前記ベース部材に対して第１の方向と第２の方向に移動可能であり、可変容積環状流体室からピストンに作用する流体の圧力によって第１の方向と第２の方向のいずれか一方に移動して、前記クラッチの表面に対して第１の摩擦面を押し付けて、前記クラッチの表面と前記ベース部材との間で力を伝達することができ、また、第１の方向と第２の方向のいずれか他方に移動して、前記ブレーキの表面に対して第２の摩擦面を押し付けて、前記ブレーキの表面と前記ベース部材との間で力を伝達することができるピストンと、
前記ピストンと前記ベース部材との間に延びて、前記ピストンと前記ベース部材との間で力を伝達する複数の力伝達部材と、
前記ピストンを付勢して、前記ピストンを前記ベース部材に対して前記第１の方向と前記第２の方向のいずれか他方に移動させる複数のスプリングと、
前記ベース部材と前記ピストンとの間に配置され、それぞれが、ベース部と該ベース部から延びる複数の突出部を備え、間隔をあけて配置された複数のスプリングリテーナと、を備え、
前記スプリングリテーナの各突出部のそれぞれに前記各スプリングが伸縮自在に配置され、前記各力伝達部材は、前記複数のスプリングリテーナの隣接するスプリングリテーナの間に配設されており、
前記スプリングリテーナの各々のベース部から延びる複数の突出部は、第１の曲率半径でアーチ形状に内側に配列された第１組の突出部と、第１の曲率半径よりも大きい第２の曲率半径でアーチ形状に外側に配列された第２組の突出部と、を含んでおり、
前記複数の力伝達部材は、前記第１の曲率半径よりも大きい曲率半径でアーチ形状に配置されており、
複数の力伝達部材の各々は、前記ベース部材に収容される一端に、寸法を減少させた直径部を備えており、複数の力伝達部材の各々は、前記ベース部材に当接し、かつ、支持され、モーメント荷重に抵抗する肩部を有して、
さらに、前記ベース部材に接続されたカバー部材を備えており、前記ベース部材と前記カバー部材との間に前記ピストンが配設され、
前記カバー部材には、前記ベース部材の軸方向に延びる中央部の一端を受け入れるように構成されたカウンターボアを有しており、
前記可変容積環状流体室は前記ベース部材の中央部の周りで前記ピストンと前記カバー部材との間に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
各スプリングリテーナの突出部とベース部は、一部品として一体に形成され、かつ、前記突出部は中空であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カバー部材は、前記ピストンの空気流通路に流体連結される複数の空気流通路を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記カバー部材の空気流通路は、前記カバー部材を貫通して軸方向に延在し、かつ、前記ピストンの空気流通路は該ピストンの一部を半径方向に貫通して延びていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
さらに、前記ベース部材に形成され、間隔をあけた複数の溝を含んでおり、各スプリングリテーナのベース部が、前記複数の溝の一つに配置されており、また、前記ベース部材に形成された複数のリブを含んでおり、リブの各々が、前記複数の溝の隣接する溝の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ブレーキの表面及び前記クラッチの表面は、複数の放射状に延びる溝で分離された複数のセグメントを有する摩擦材を含んでおり、前記各溝は、所定の角度方向に配置され、かつ、ほこりや他の粒状物を取り除く所定の深さを有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記摩擦材の各溝の前記角度方向は、約１２．０度から約１３．０度の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記摩擦材は、約０．５０ミリメータから約６．５０ミリメータの範囲の厚さを有していることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記摩擦材は、約３．２５ミリメータの厚さを有していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００６年１０月３１日に出願された米国特許出願第１１／５９０，１９９号の一部継続出願である。本発明は、シャフトを回転させるために力を伝達し、また、回転に対抗してシャフトを保持する力を伝達するために使用される改善されたクラッチ‐ブレーキアセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のクラッチ‐ブレーキアセンブリは、パワー伝達を制御するためにシャフトに連結されている。既知のクラッチ‐ブレーキアセンブリは、製缶機、プレス機、せん断機、また同様に他の機械に関連させて用いられている。既知のクラッチ‐ブレーキアセンブリは、米国特許第５，０４６，５９３号、同第５，２５７，６８４号、同第５，５７７，５８１号及び同第６，６３７，５６８号に開示されている。
【０００３】
機械が異なる作動特性を有している場合、クラッチ‐ブレーキアセンブリの力伝達能力は、クラッチ‐ブレーキアセンブリが用いられる機械の作動特性に対応させなければならない。したがって、最初の機械は、シャフトを回転させ、かつ、回転に対抗してシャフトを保持するために、比較的大きな力を伝達する必要がある。また、他の機械では、シャフトを回転させ、かつ、回転に対抗してシャフトを保持するために、より小さい力を必要とするかもしれない。
【０００４】
他の製造業者のクラッチ‐ブレーキアセンブリでは、摩擦材が完全に磨り減った場合、アセンブリのブレーキは、プレス機を停止させるように機能しないため、作業者に重大なけがを招いてしまうことが見受けられる。これとは対照的に、本発明のクラッチ‐ブレーキアセンブリは、全ての摩擦材が完全に磨り減った場合でも、ブレーキモードで機能する。
これらのクラッチ‐ブレーキアセンブリとは異なり、本発明のクラッチ‐ブレーキアセンブリは、ここで説明するように、さらなる安全機能を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、異なる機械の、力とトルクの要件に対応するように簡単に調整される改良したクラッチ‐ブレーキアセンブリに関連する。クラッチ‐ブレーキアセンブリは、シャフトを受け入れる中央開口を有するベース部材を含んでいる。クラッチの表面はベース部材に対して移動することができる。ブレーキの表面はベース部材に対して移動することができる。ピストンは、クラッチの表面から力を伝達するために、第１の摩擦面をクラッチの表面に対して押圧するように、ベース部材に対して第１の方向に移動することができる。このピストンは、第２の摩擦面をブレーキの表面に対して押圧するように、第２の方向に移動することができる。
【０００６】
複数のスプリングは、ピストンを、ベース部材に対して第１の方向及び第２の方向のいずれか一方に付勢する。間隔をおいて離間した複数のスプリングリテーナは、スプリングを伸縮自在に保持する突出部を有している。力伝達部材は、複数のスプリングリテーナの隣接するスプリングリテーナの間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の前述した特徴や他の特徴は、添付した図面と関連させて以下の説明を考慮することによりさらに明らかになるだろう。
【図１】シャフトを回転するために力を伝達すると共に回転に対抗してシャフトを保持するように装着される本発明に従って構成されたクラッチ‐ブレーキアセンブリを示す簡略図である。
【図２Ａ】図１のクラッチ‐ブレーキアセンブリの構造を示す分解図である。
【図２Ｂ】図１のクラッチ‐ブレーキアセンブリの構造を示す分解図である。
【図３】図１及び図２のクラッチ‐ブレーキアセンブリに用いられるスプリングリテーナの拡大部分図である。
【図４】図３のスプリングリテーナの突出部に伸縮自在に配置されるスプリングと、隣接するスプリングリテーナの間に配置される力伝達部材を示す概略平面図である。
【図５】スプリングリテーナのいくつかの突出部だけにスプリングが配置され、他の突出部にはスプリングが配置されていないことを示す図４とほぼ同様の概略平面図である。
【図６】より迅速な応答時間と停止角度を備えた他の実施の形態の断面図である。
【図７】圧力［ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）］と時間［秒（ｓ）］のグラフを、標準容量のクラッチ‐ブレーキアセンブリと容量を減少させたクラッチ‐ブレーキアセンブリとを比較して示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に従うクラッチディスクまたはブレーキディスクに適したディスクを示す全体斜視図である。
【図９】摩擦材の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一般的な説明
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０（図１、２Ａ及び２Ｂ）は連結状態と連結解除状態との間で作動可能である。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が連結状態にある場合、クラッチ‐ブレーキアセンブリは、駆動部材２２（図１）から被駆動部材２４に効果的に力を伝達する。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が連結解除状態にある場合、クラッチ‐ブレーキアセンブリは、回転に対抗して被駆動部材２４を効果的に保持する。
【０００９】
図示した駆動部材２２（図１）は、フライホイールの周囲に沿って延在するベルト２６によって駆動される円形のフライホイールである。この駆動部材２２は、連結部材２７によってクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０に連結されている。図示した被駆動部材２４は金属製のシャフトであり、フライホイール２２からクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０を介してシャフトに伝達される力によって、長手方向の中心軸の周りを回転する。
【００１０】
シャフト２４とフライホイール２２は、米国特許第５，５７７，５８１号に開示されている形態とほぼ同様に互いに回転するように軸受２８（図１）上に装着されている。しかしながら、フライホイール２２とシャフト２４は、必要に応じて別の方法で装着してもよい。フライホイール２２とシャフト２４は、多くの異なる既知の駆動部材と被駆動部材を代表していることを理解すべきである。
【００１１】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が連結解除状態にある場合、クラッチ‐ブレーキアセンブリは、回転に対抗してシャフト２４を保持するように、固定部材またはフレーム３０から力を伝達する。固定フレーム３０は、静止している任意の構造とすることができる。固定フレーム３０は、連結部材３２によってクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０に連結されている。連結解除状態のクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、固定フレーム３０とシャフト２４に相互に連結されているため、シャフトは回転しない。
【００１２】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、例えば、空気などの流体圧力によって連結状態に操作される。流体圧力は、ソースまたは導管３４から、ソレノイド作動式バルブ３６を介して、シャフト２４の中央通路３８に導入される。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、シャフト２４の中央通路３０に流体連結されている。
【００１３】
図１に示すように、バルブ３６が非作動の状態にある場合、シャフト２４の通路３８とクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、マフラー４２を介して大気中に排出されている。この時点では、連結解除状態のクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、回転に対抗してシャフトを保持するように、シャフト２４を固定フレーム３０に連結している。
【００１４】
バルブ３６が作動すると、ソース導管３４は通路３８に流体連結される。通路３８を介してクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０に導入された流体圧力により、クラッチーブレーキアセンブリは連結状態に操作される。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が連結状態にある場合、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０を介して、フライホイール２２からシャフト２４に伝達された力により、シャフトをその長手方向の中央軸の回りに回転させる。このシャフト２４は多くの異なる形式の機器に連結することができることが考えられる。例えば、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、製缶機にパワーを伝達するために使用することができる。
【００１５】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、製缶機に関連させることができるが、クラッチ‐ブレーキアセンブリは、機械の構成部材の加速または減速を必要し、また、連結解除及び連結の頻度が比較的高い他の既知の機械に関連させて利用されることが考えられる。このクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０を備えた機械は、例えば、プレス機及び／またはせん断機であるかもしれない。機械は、単一ストローク機械または連続作動機械であるかもしれない。例えば、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、金属プレス機、ワイヤー加工機、ねじ転造機、ベニヤ切断機、びん選別機、紙加工機または繊維機械に関連させることができる。もちろん、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、必要であれば、他の既知の形式の機械に関連させることができることを理解すべきである。
【００１６】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、米国特許第６，６３７，５６８号に開示されたクラッチ‐ブレーキアセンブリと同様の一般的な構造を備えている。この米国特許第６，６３７，５６８号の開示内容は、参照することによって、その全てが本明細書に組み込まれる。
【００１７】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０（図２）は、ハブまたはベースエンド部材５０（図１及び図２Ｂ）とシリンダーまたはカバー部材５４（図１及び図２Ａ）を含んでいる。シリンダーまたはカバー部材５４とハブまたはベースエンド部材５０は、ボディアセンブリ５８を形成するためにボルト５６（図２Ａ）によって相互に連結されている。さらに、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０は、ブレーキディスク６０とクラッチディスク６２（図２Ｂ）を含んでいる。ブレーキディスク６０（図２Ａ）はボディアセンブリ５８に連結されている。クラッチーブレーキアセンブリ２０が連結状態にある場合、ブレーキディスク６０はボディアセンブリ５８に対して自由に回転することができる。また、クラッチディスク６２（図２Ｂ）はボディアセンブリ５８に連結されている。クラッチーブレーキアセンブリ２０が連結解除状態にある場合、クラッチディスク６２はボディアセンブリ５８に対して自由に回転することができる。
【００１８】
また、ブレーキディスク及びクラッチディスク６０、６２（図２Ａ及び図２Ｂ）は、ボディアセンブリ５８に対して、限定された移動範囲で軸方向に移動することができる。ブレーキディスク６０及びクラッチディスク６２は、ほぼ環状に構成されている。ボディアセンブリ５８は、ブレーキディスク６０及びクラッチディスク６２の中央部の円形開口を通って延在している。クラッチーブレーキアセンブリ２０が配置される方向に関係なく、ブレーキディスク６０は連結部材３２によって固定フレーム部材３０に連結され、また、クラッチディスク６２は連結部材２７によって駆動部材またはフライホイール２２に連結される。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０のボディアセンブリ５８は、シャフトまたは他の被駆動部材２４にしっかりと連結されている。
【００１９】
クラッチーブレーキアセンブリ２０が連結状態にある場合、クラッチディスク６２は、ボディアセンブリ５８に対して、回転に対抗して保持される。この時点で、クラッチディスク６２は、フライホイール２２からボディアセンブリ５８へ効果的に力を伝達する。この力は、ボディアセンブリとシャフト２４をシャフトの長手方向の中心軸の周りに回転させる。また、この時点で、ボディアセンブリ５８はブレーキディスク６０に対して自由に回転することができる。
【００２０】
クラッチーブレーキアセンブリ２０が連結解除状態にある場合、ボディアセンブリ５８は、ブレーキディスク６０に対して、回転に対抗して保持される。これにより、ボディアセンブリとシャフト２４を回転に対抗して保持するために、固定フレーム３０から、ブレーキディスク６０を介してボディアセンブリ５８に力を伝達することができる。この時点で、フライホイール２２（図１）とクラッチディスク６２（図２Ｂ）は共に、ボディアセンブリ５８及びシャフト２４に対して自由に回転することができる。
【００２１】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の金属製のボディアセンブリ５８は、金属製のハブまたはベース部材５０を含んでいる。ハブまたはベース部材５０は金属の一体品として成形され、ほぼ円筒状の中央部７２（図２Ｂ）を含んでいる。環状のフランジ部７４は一体品として中央部７２と一体に形成されており、中央部から半径方向外側に延びている。円筒状の中央開口または通路７８は、ハブまたはベース部材５０の中央部７２を貫通して延びている。
【００２２】
ボディアセンブリ５８は、また、ボルト５６によって、ハブまたはベース部材５０（図２Ｂ）にしっかりと連結される円形の金属製シリンダーまたはカバー部材５４（図２Ａ）を含んでいる。シリンダーまたはカバー部材５４は円形の開口８４を有しており、この開口８４は、ハブまたはベース部材５０の中央開口７８に対して同軸に配置され、かつ、中央開口７８に連続して形成されている。
【００２３】
環状のブレーキディスク６０（図２Ａ）と環状のクラッチディスク６２（図２Ｂ）は、円形のハブまたはベース部材５０と円形のシリンダーまたはカバー部材５４に対して同軸に配置されている。ブレーキディスク６０は円形の中央開口９６を有しており、この中央開口９６は、ハブまたはベース部材５０の円形の中央開口７８に対して同軸に配置されている。同様に、クラッチディスク６２は円形の中央開口９８を有しており、この中央開口９８は、ハブまたはベース部材５０の中央開口７８に対して同軸に配置されている。ブレーキディスク６０の中央開口９６とクラッチディスク６２の中央開口９８は、同一の寸法に形成され、かつ、ハブまたはベース部材５０のフランジ部７４及びシリンダーまたはカバー部材５４の円形のリム部１０４よりも小径に形成されている。したがって、ブレーキディスク６０とクラッチディスク６２は、ハブまたはベース部材７０のフランジ部７４とシリンダーまたはカバー部材５４のリム部１０４との間に保持されることによって、ボディアセンブリ５８に連結される。
【００２４】
ハブまたはベース部材５０とシリンダーまたはカバー部材５４との間に環状のピストン１０８（図２Ａ）が配置されている。このピストン１０８は、ハブまたはベース部材５０及びシリンダーまたはカバー部材５４と共同して、環状の可変容積流体室１１０と環状の可変容積スプリング室を形成する。環状の可変流体室１１０は、ハブまたはベース部材５０の中央開口７８と流体連結され、また、ハブまたはベース部材５０の中央部７２を貫通して延びる通路によってシャフト２４に流体連結されている。可変容積スプリング室は、ハブまたはベース部材５０に形成された開口を介してクラッチ‐ブレーキアセンブリの周囲の大気に継続的に流体連結されている。
【００２５】
ピストン１０８は、スプリング１３８（図２Ｂ）の複数１３４によって、シリンダーまたはカバー部材８２に向けて継続的に付勢されている。スプリング１３８の複数１３４は、ハブまたはベース部材５０の円筒状の中央部７２の周囲に環状に配列され、かつ、同軸関係に配置されている。ヘリカルコイルスプリング１３８の左端部（図２Ｂに示す）がピストン１０８のスプリング室に配置され、かつ、ピストンに係合して配置されている。
【００２６】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の作動中に、加圧流体または加圧された空気が、バルブ３６（図１）とシャフト２４の通路３８を介して導入される。流体の圧力が、シャフト２４の円筒状外側面の出口とハブまたはベース部材５０の通路を介して導入される。この流体の圧力は、ピストン１０８とシリンダーまたはカバー部材５４との間に形成された環状の可変容積流体室１１０に導入される。
【００２７】
ピストン１０８とカバー部材５４との間に形成された流体室１１０内の流体圧力が、ピストン１０８に対して効果的に力を作用させて、スプリング１３８の複数１３４を圧縮させる。この現象が発生すると、ピストン１０８の環状フランジ部１４４が、ハブまたはベース部材５０のフランジ部７４の環状摩擦面１４８に対して、クラッチディスク６２の環状摩擦面１４６をしっかりと押し付ける。それと同時に、ピストン１０８のフランジ部１４４の環状摩擦面１５２が、クラッチディスク６２の第２の摩擦面１５４に対して押し付けられる。
【００２８】
これは、フライホイール２２（図１）から、クラッチディスク６２（図２）を介してハブまたはベース部材５０に伝達された力、すなわち、トルクの結果である。このハブまたはベース部材５０はシャフト２４に連結されている。クラッチディスク６２とハブまたはベース部材５０を介して、フライホイール２２からシャフト２４に伝達されたトルクは、シャフトをその長手方向の中心軸の周りに効果的に回転させる。
【００２９】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が連結解除されている場合、ピストン１０８とシリンダーまたはカバー部材５４との間の可変容積流体室１１０は、ハブまたはベース部材の通路、シャフト２４の通路３８（図１）及びバルブ３６を介して大気中に排出される。これは、スプリング１３８の複数１３４（図２）が、ピストン１０８の環状のフランジ部１４４を環状のブレーキディスク６０に対して効果的に押し付けた結果である。ブレーキディスク６０の環状摩擦面１６０は、シリンダーまたはカバー部材５８のリム部１０４の環状摩擦面１６２に対して押し付けられる。同時に、ピストン１０８のフランジ部１４４の環状摩擦面１６４がブレーキディスク６０の摩擦面１６６に対して押し付けられる。これは、ブレーキディスク６０とハブまたはベース部材５０を介して、固定フレームまたは部材３０（図１）とシャフト２４との間に伝達された力の結果である。ブレーキディスク６０を介して伝達された力は、回転に対抗してシャフト２４を効果的に保持する。
【００３０】
クラッチーブレーキアセンブリ２０の一般的な構造と操作モードは、上述した米国特許第５，０４６，５９３号、同第５，２５７，６８４号及び同第６，６３７，５６８号に開示されたクラッチ‐ブレーキアセンブリの構造と操作モードと類似している。上記米国特許第６，６３７，５６８号の開示内容は、本明細書に組み込まれる。
【００３１】
スプリングリテーナ
本発明の特徴の一つに従うと、同一のスプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６の複数１８０（図２Ｂ）が、ハブまたはベース部材５０とピストン１０８との間に円形配列で配置されている。複数１３４のヘリカルコイルスプリング１３８は、同一のスプリングリテーナ１８２−１８４の複数１８０によって、ハブまたはベース部材５０とピストン１０８に関連して配置されている。
【００３２】
複数１９０の力伝達部材１９２，１９４及び１９６（図２Ｂ）は、ハブまたはベース部材５０とピストン１０８との間に延在している。中空円筒状の力伝達部材またはチューブ１９２−１９６は、中空円筒状のブッシュ２０２，２０４及び２０６にスライド可能に収容されている。ブッシュ２０２，２０４及び２０６は、ピストン１０８の円筒状開口（図示しない）にしっかりと固定されている。力伝達部材１９２，１９４及び１９６の右端部（図２に示す）は、ハブまたはベース部材５０の円筒状開口内に固定されている。力伝達部材１９２，１９４及び１９６の反対側すなわち左端部（図２に示す）は、ブッシュ２０２，２０４及び２０６にスライド可能に収容されている。
【００３３】
力伝達部材１９２−１９６は、ハブまたはベース部材５０とピストン１０８に相互に連結されている。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が連結状態の場合、力（トルク）はフライホイール２２からクラッチディスク６２に伝達される。力は、クラッチディスク６２からピストン１０８とハブまたはベース部材５０の両方に伝達される。力は、力伝達部材１９２−１９６によって、ハブまたはベース部材５０とピストン１０８との間で伝達される。したがって、ハブ５０とピストン１０８は一緒に回転することができる。
【００３４】
力伝達部材１９２，１９４及び１９６（図２Ｂ）は、隣接するスプリングリテーナ１８２−１８６の間に、間隔をあけて配置されている。力伝達部材１９２は、スプリングリテーナ１８２と１８４との間に配置されている。同様に、力伝達部材１９４は、スプリングリテーナ１８４と１８６との間に配置されている。また、力伝達部材１９６は、スプリングリテーナ１８６と１８２との間に配置されている。力伝達部材１９２−１９６は、ブッシュ２０２−２０６及びピストン１０８に対して軸方向にスライド可能であり、ピストンとハブまたはベース部材５０との間で軸方向に移動することができる。
【００３５】
スプリングリテーナ１８２（図３）は、ポリマー材から一体品として成形されている。スプリングリテーナ１８２は、ベース２２０と、複数の同一の中空の突出部２２４を含んでいる。突出部２２４は中空であるが、必要であれば、中実でもよい。
【００３６】
スプリングリテーナ１８２のベース２２０は、平板状に形成されており、半径方向の内側端部２２８がアーチ形状であり、また、半径方向の外側端部２３０がアーチ形状である。側端部２３２と２３４は、アーチ形状の内側端部２２８とアーチ形状の外側端部２３０との間で半径方向に延びている。側端部２３２と２３４は、半径方向の内側端部２２８と半径方向の外側端部２３０の曲率の中心を通る放射軸に沿って配置されている。スプリングリテーナ１８４と１８６は、スプリングリテーナ１８２と同様に構成されている。
【００３７】
突出部２２４は、アーチ形状に配列され半径方向内側の突出部の組２４０と、アーチ形状に配列され半径方向外側の突出部の組２４４を含んでいる。半径方向内側の突出部の組２４０と半径方向外側の突出部の組２４４は、その曲率の中心が、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の長手方向の中心軸に配置されるようにアーチ形状に配列されている。半径方向の内側端部２３２と外側端部２３４は、アーチ形状の突出部の組２４０と組２４４の曲率中心と一致する共通の曲率中心を有している。
【００３８】
半径方向内側の突出部の組２４０が半径方向外側の突出部の組２４４よりも多くの突出部を有するように示されているが、半径方向外側の突出部の組２４４が半径方向内側の突出部の組２４０よりも多くの突出部を有してもよいと考えられる。突出部２４４は、ベース２２０に垂直に延びる平行な中心軸を有している。
【００３９】
スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６は、ハブまたはベース部材５０上で半径方向に延びるリブ２５１（図２Ｂ）の間に形成された凹部２５０（図４）に配置される。各凹部２５０は、スプリングリテーナ１８２（図３）のベース２２０の形状と同様で、かつ、やや大きい形状のアーチ形状に形成されている。図４に示すように、同一形状のスプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６がベース部材５０の同一形状の凹部２５０に配置されるとすぐに、コイルスプリング１３８が突出部２２４に伸縮自在に配置される。
【００４０】
スプリング１３８の下端（図４に示す）は、いずれかのスプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６のベース２２０に係合する。スプリング１３８の上端は、突出部２２４の上端（図４に示す）を越えて延びている。図４に示すように、スプリングが突出部に伸縮自在に配置された際に、スプリング１３８は突出部に対して同軸に配置される。
【００４１】
突出部２２４は、スプリング１３８が、ハブまたはベース部材５０の凹部２５０の平坦な底面に垂直な方向に、かつ、ピストン１０８に垂直な方向に延びるように、スプリング１３８を保持する。スプリング１３８は、スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６によって、ハブまたはベース部材５０とピストン１０８の両方に対して位置づけられる。ピストン１０８には、ハブまたはベース部材５０の凹部２５０の形状と同じ形状の凹部が形成されており、ベース２２０から間隔をあけられているスプリング１３８の端部を受け入れる。突出部２２４の端部は、ピストン１０８には係合されない。
【００４２】
スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６は、ハブまたはベース部材５０に形成された凹部２５０に収容される。スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６の半径方向内側の突出部の組２４０の突出部２２４上のスプリング１３８は、クラッチーブレーキアセンブリ２０の長手方向の中心軸に配置された中心を有する円形の配列に配置される。同様に、スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６の半径方向外側の突出部の組２４４の突出部２２４上のスプリング１３８は、クラッチーブレーキアセンブリ２０の長手方向の中心軸に配置された中心を有する円形の配列に配置される。力伝達部材１９２−１９６は、スプリングリテーナの半径方向の内側の組２４０の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する円形の配列に配置される。
【００４３】
スプリング１３８は、スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６がハブまたはベース部材５０の凹部２５０に配置される前、または、配置された後のいずれでも、突出部２２４に伸縮自在に配置することができる。スプリングリテーナがハブまたはベース部材５０から離されていても、スプリング１３８は、スプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６の突出部２２４に配置することができる。続いて、突出部２２４にスプリングを備えたスプリングリテーナ１８２，１８４及び１８６は、ハブまたはベース部材５０の凹部２５０に配置される。
【００４４】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が、特別な力またはトルクを必要とする特定の機械に連結された被駆動部材２４に関連させて使用するために組み立てられた場合、スプリング１３８は、クラッチ‐ブレーキアセンブリの連結状態で必要な力またはトルクを供給するような剛性を備えるように選択される。比較的太いワイヤ巻数で形成されたコイルを有するスプリング１３８は、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が比較的大きな力またはトルクを伝達する能力を備える場合に使用することができる。或いは、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０が比較的小さい力またはトルクを伝達する能力を備える場合、比較的細いワイヤで形成されたスプリング１３８が用いられる。スプリング１３８が形成されるワイヤのサイズにかかわらず、突出部２２４に伸縮自在に配設されるように中心開口を備えたヘリカルコイルスプリングが形成される。そのため、スプリング１３８のばね定数とクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０によって伝達される力は、クラッチーブレーキアセンブリを、異なる力またはトルクを必要とする機械のシャフト２４に関連させて使用できるように調整することができる。
【００４５】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の連結状態で必要な力またはトルクを伝達することができるばね定数を有するスプリング１３８を提供する代わりに、スプリングの数を変えることができる。図４には、それぞれの突出部２２４に関連させてスプリング１３８が備えられている。しかしながら、いくつかの突出部に関連するスプリングを省略することによって、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の力またはトルク伝達能力を減少させることができる。図５に示すように、各スプリングリテーナ１８２−１８６の二つの突出部２２４からスプリングを省略してもよい。もちろん、必要であれば、より多いまたはより少ないスプリングを省略してもよい。各スプリングリテーナ１８２−１８６に関連するスプリングの数を減少させることによって、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の力またはトルク伝達能力は、個々のスプリング１３８の構造を変えることなく減少させることができる。
【００４６】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の冷却を促進するために、開口２６０（図４）がベース部材５０に形成されている。これらの開口２６０により、ベース部材５０を介して、クラッチディスク６２の中央開口９８（図２）内に空気を流通させることができる。同様に、スロットまたは開口２６４（図２）が、シリンダーまたはカバー部材５４に形成されている。シリンダーまたはカバー部材５４の開口２６４により、カバーを介して、ブレーキディスク６０の開口９６内に空気を流通させることができる。ブレーキディスク６０の開口９６とクラッチディスク６２の開口９８は、ピストン１０８の開口２６６で流体連結されている。ピストン１０８の周囲に半径方向に延びる開口２６６は、ピストン内の内側通路によって、ピストン１０８の反対側の側面でスロットまたは開口２７０と流体連結されている。これにより、ピストン１０８を介して、シリンダーまたはカバー部材５４とハブまたはベース部材５０との間に冷却用の空気を流通させることができる。
【００４７】
図６を参照すると、この図では、同様の符号は、図１−５に示して説明した上記の実施の形態と同じまたは同様の特徴を示しており、より迅速な応答時間と改良した停止角度を備えた２０’で示される修正された別の実施の形態が示されている。ここで使用される用語としての停止角度は、オペレータがクラッチーブレーキアセンブリをクラッチモード（連結状態）からブレーキモード（連結解除状態）に切り替えるポイントから、被駆動シャフト２４が完全に停止するまでに、被駆動シャフト２４が回転する角度の数として参照されることを意味している。クラッチ‐ブレーキアセンブリの空気容量を減少させることによって、図７に示すように、応答時間と停止角度を減少させるという計り知れない効果を提供する。
【００４８】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０’は、上述したクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０を参照して説明したように、同様に作動し、かつ、機能するように構成されているが、ここで特定され、かつ、符号が付けられたように修正されている。環状の可変容積流体室１１０’の空気容積を減少させることにより、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０’を、クラッチ連結状態からブレーキ連結状態に切り替える時間が減少する。可変容積流体室１１０’からの空気は、可能な限り迅速に排出される。図１−５に示して説明した標準のクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０の一つのモデルでは、環状の可変流体室１１０の空気の容積は、連結状態で約１４１立方インチである。この容積を約３７パーセント減少させることによって、約８９立方インチとなり、異なる寸法の流体室１１０、１１０’を備えた同じモデルの試験結果を示す図７に示すグラフから明らかなように、応答時間と停止角度が格段に改善される。
【００４９】
環状の流体室１１０’の容積を減少させるために、この実施の形態のシリンダー５４’は、ハブまたはベース部材５０’の短くした中央部７２’を受け入れる、中央に配置されたカウンターボア３００を含んでいる。これらの二つの修正品では、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０に対して、クラッチディスク６２用の摩擦部材１４６，１５４及びブレーキディスク６０用の摩擦部材１６０、１６６と、ピストン１０８の環状のフランジ部１４４との間の隙間が減少している。これは、ピストン１０８をシリンダー５４’により深く差し込んで、環状の流体室１１０’の空気容積を減少させた結果である。その結果、クラッチディスク６２の摩擦面１４６’、１５４’及びブレーキディスク６０の摩擦面１６０’、１６６’のそれぞれの摩擦材が、上述した修正品によって形成される減少した隙間にフィットさせるように、厚みが減少されている。
【００５０】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０’の他の構造上の変化は、力伝達部材１９２’，１９４’及び１９６’に関連する。力伝達部材１９２’，１９４’及び１９６’のそれぞれの端部３０２は、主体部の直径よりも約２７％減少させた直径を有しており、ハブ５０’の開口３０４内に収容されるように構成されている。この直径の変更により、力伝達部材に肩部３０６を形成して、ハブ５０’に当接させて、ハブ５０’によって支持され、力伝達部材がピストン１０８にトルクを作用させた場合に、モーメント荷重に対抗するように機能する。
【００５１】
クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０’に用いられる摩擦材４００は、放射状に延在する溝４０２を有している。これらの溝４０２は、交換が必要となる場合に、オペレータの可視的表示器として役立つだけでなく、ほこりや他の粒状物を取り除くことによって性能を向上させるように機能する。この安全機構に加えて、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０，２０’は、この産業の他の製造業者で販売されているクラッチ‐ブレーキアセンブリとは違って、金属同士が接触してプレス機または機械を停止させるために、連結解除状態またはブレーキモードにおいて、十分な隙間とピストン移動量を備えている。これらの二つの安全対策は、本発明の重要な特徴である。
【００５２】
図８を参照すると、ブレーキディスク６０またはクラッチディスク６２としての使用に適した摩擦ディスク３１０が示されている。摩擦材４００は、複数の締結具４０８でコアプレート４０６に取り付けられた波形模様の裏当て板４０４に固着されている。波形模様の裏当て板４０４は、摩擦材４００に機械的に係合する複数の開口（図示しない）を含んでいる。これらの開口は、ほぼ円形状に形成され、かつ、６個の摩擦材セグメント４１０の全部が５個の開口を備えるようにジグザグ状に配列されている。一つの実施の形態では、開口は、約１０ミリメータの直径である。図９に示す実施の形態の摩擦材４００は、コアプレート４０６の各側面に、６個のセグメント４１０の４つのグループから構成されている。各セグメント４１０は、約１２．５度±０．５度の角度Θで配置された溝４０２で分離されている。溝は、約１０ミリメータ±約０．８ミリメータの幅で、約２．７５ミリメータ±約０．２５ミリメータの深さを有している。
【００５３】
有利には、クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０’は、波形模様の裏当て板４０４に平坦状に保持される上述した薄い摩擦材４００を備えている。本発明の目的のために、薄い摩擦材は、０．５０ミリメータから約４．０ミリメータまでの範囲、より好適は、約３．２５ミリメータ±０．２５ミリメータの範囲の摩擦材を指すことを意図している。さらに、溝４０２により、波形模様の裏当て板４０４上に摩擦材４００を一体に成形する間や硬化する間の残留内部応力や歪を最小とすることによって、摩擦材４００のソリを全体的に減少させることができると共に、摩擦材４００を裏当て材上に平坦状に維持することが容易となる。
【００５４】
結論
上記説明を考慮すると、本発明は、シャフト２４を回転する力を伝達し、かつ、回転に対抗してシャフトを保持する力を伝達する、新規で改良したクラッチ‐ブレーキアセンブリ２０，２０’を提供することは明らかである。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０，２０’は、異なる力及びトルク要求に対応するように簡単に調整される。クラッチ‐ブレーキアセンブリ２０，２０’は、シャフト２４を受け入れる中央開口７８を備えたベース部材５０，５０’を含んでいる。クラッチの表面１４６，１４６’、１５４，１５４’は、ベース部材５０，５０’に対して移動することができる。ブレーキの表面１６０，１６０’、１６６，１６６’は、ベース部材５０，５０’に対して移動することができる。ピストン１０８は、ベース部材に対して第１の方向に移動して、第１の摩擦面１４４をクラッチの表面１４６，１４６’に押し付けて、クラッチの表面から力を伝達することができる。また、ピストン１０８は、第２の方向に移動して、第２の摩擦面１６４をブレーキの表面１６６，１６６’に対して押し付けることができる。複数１３４のスプリング１３８は、ベース部材５０，５０’に対して、ピストン１０８を第１の方向または第２の方向のいずれかの方向に付勢することができる。複数１８０の間隔をあけたスプリングリテーナ１８２−１８６は、スプリング１３８を伸縮自在に配置する突出部２２４を有している。力伝達部材１９２−１９６または１９２’−１９６’は、複数１８０のスプリングリテーナの隣接するスプリングリテーナ１８２−１８６の間に配設されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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