(57)【要約】  熱クラッチ・アセンブリは、半径方向内側の回転部材と、半径方向外側の回転部材と、一対の軸方向に間隔を開けて配置されたリング構造体と、薄いテンション・ウェブとから構成されている。上記のリング構造体は、回転部材の一方にそれぞれ固定され、これと共に回転する。各々、少なくとも１つの軸方向の面を有し、この面が他方の回転部材の軸方向の面と接触する。上記のテンション・ウェブは高引張り強度、容積に対する高い表面積比、周囲の媒体に対する熱的に効率のよい流動配列と、高熱伝導度を有する。上記の２つのリング構造体の各々に固定され、リング構造体の面同士の間に実質的に延び、上記の他方の回転部材の面同士間の材料よりかなり高い熱膨張係数を有する。周囲の媒体の温度が所定温度より低い際には張った状態になってリング構造体の面を他方の回転部材の面に係合させて２つの回転部材を結合して回転させ、周囲の媒体の温度が所定温度以上である際には張った状態にはならず、リング構造体の面を他方の回転部材の面から係合離脱させて、両回転部材の結合を解除させて回転させないようにする。【選択図】    図１
2007535649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の媒体の温度が所定温度以上になると、一方の回転部材を他方の回転部材から急速に離し、周囲の媒体の温度が所定温度より下に戻ると、上記の２つの回転部材を急速に再結合するための熱クラッチ・アセンブリであって、このアセンブリは、
半径方向内側の回転部材と、
半径方向外側の回転部材と、
上記の回転部材の一方に固定され、これと共に回転する一対の軸方向に間隔を開けて配置されたリング構造体であって、各々、少なくとも１つのほぼ軸方向の面を有し、この面が他方の回転部材のほぼ軸方向の面と接触するものと、
高引張り強度、容積に対する高い表面積比、周囲の媒体に対する熱的に効率のよい流動配列と、高熱伝導度を有する薄いテンション・ウェブであって、上記の２つのリング構造体の各々に固定され、リング構造体のほぼ軸方向の面同士の間に実質的に延び、上記の他方の回転部材のほぼ軸方向の面同士間の材料よりかなり高い熱膨張係数を有し、よって、所定温度より下である、周囲の媒体の温度では張った状態になり、リング構造体のほぼ軸方向の面を他方の回転部材のほぼ軸方向の面に係合させて２つの回転部材を結合して、共に回転させ、所定温度以上である、周囲の媒体の温度では張った状態になく、よって、リング構造体のほぼ軸方向の面を他方の回転部材のほぼ軸方向の面から係合離脱させて、２つの回転部材の結合を解除させ、共に回転させないようにするものとからなる。
【請求項２】
上記の薄いテンション・ウェブの熱時定数が、一方の回転部材の高速回転速度と、周囲の媒体に対するアセンブリの高相対的速度との少なくとも１つにより生じる、薄いテンション・ウェブと周囲の媒体との間の大きな相対的速度の結果非常に小さくなる請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
リング構造体同士間の相対的軸方向の作動ではなく、相対的角作動を排除する環状カラーを含む請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
周囲の媒体に対する流動配列の熱効率を高める孔模様をウェブが含む請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
周囲の媒体の温度が所定温度差分急速に上昇すると、一方の回転部材を他方の回転部材から急速に離し、周囲の媒体の温度が所定温度差分下降すると、上記の２つの回転部材を急速に再結合するための熱クラッチ・アセンブリであって、このアセンブリは、
半径方向内側の回転部材と、
半径方向外側の回転部材と、
上記の回転部材の一方に固定され、これと共に回転する一対の軸方向に間隔を開けて配置されたリング構造体であって、各々、少なくとも１つのほぼ軸方向の面を有し、この面が他方の回転部材のほぼ軸方向の面と接触するものと、
高引張り強度、容積に対する高い表面積比、周囲の媒体に対する熱的に効率のよい流動配列と、高熱伝導度を有する薄いテンション・ウェブであって、上記の２つのリング構造体の各々に固定され、リング構造体のほぼ軸方向の面同士の間に実質的に延び、上記の他方の回転部材のほぼ軸方向の面同士間の材料と比較的同等の熱膨張係数を有し、よって、両者が熱的に均衡であると、(ウェブは)張った状態になり、リング構造体のほぼ軸方向の面を他方の回転部材のほぼ軸方向の面と係合させ、２つの回転部材を結合して、共に回転させ、周囲の媒体の温度が急速に所定分上昇すると、張った状態になく、よって、リング構造体のほぼ軸方向の面を他方の回転部材のほぼ軸方向の面から係合離脱させて、２つの回転部材の結合を解除させ、周囲の媒体の温度が所定分急速に下降すると、(ウェブは)再び張った状態になって、２つの回転部材を再結合するものとからなるもの。
【請求項６】
上記の薄いテンション・ウェブの熱時定数が、一方の回転部材の高速回転速度と、周囲の媒体に対するアセンブリの高相対的速度との少なくとも１つにより生じる、薄いテンション・ウェブと周囲の媒体との間の大きな相対的速度の結果非常に小さくなる請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
リング構造体同士間の相対的軸方向の作動ではなく、相対的角作動を排除する環状カラーを含む請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項８】
周囲の媒体に対する流動配列の熱効率を高める孔模様をウェブが含む請求項５に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年４月２８日出願された米国仮特許出願第６０／５６６,０５８号の優先権を主張するもので、その要旨は、その出願を言及することにより本願に組み込むものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、熱クラッチ、特に非常に短い時定数の改良熱クラッチに関するものである。
【０００３】
突然新しい熱環境に入れられた物体が新しい環境の温度に到達するのには時間がかかる。そのプロセスは熱時定数と呼ばれる尺度によって定量化される。熱時定数とは、物体が旧温度と新温度との差の６３.２％に達する時間に等しい。異なる温度の静止空気中に突然いれられた、高伝導度の銅線の非常に薄い片(１／３２インチの直径)については、熱時定数は驚く程長く１分(６０秒)である。
【０００４】
然し、１秒未満の熱時定数を有する熱クラッチ(銅線の薄片よりもかなり嵩高い物体)に対するニーズがある。高速作動熱クラッチは、燃え盛るビルの高層階から脱出するのに用いられる自動制御式降下装置(米国特許出願第１０／７５７,９５６のビルから脱出する装置)を改良する。熱クラッチの機能は、周囲の媒体の温度が華氏２００度のような所定の温度以上になると、降下装置の降下減速メカニズムを急速に解除し、周囲の媒体の温度が華氏２００度より下になると降下装置の減速メカニズムを再度急速結合することである。降下装置を着けている人が、下層の火による灼熱地域を1秒未満で急速降下し、灼熱地域の外側では、素早く減速するには、熱クラッチには低い(１秒未満)の熱時定数が必要である。華氏200度の温度を非常に早く通過することにより、人は火傷から逃がれられる。サーカスの虎が、燃え盛る輪を急速で飛び抜けると火傷しなし、人は、１／４秒間で指を華氏１４５０度の炎の中をくぐらせても火傷をしない。空気温度が華氏２００度未満であれば、多くの人が、毎日サウナでその温度で時間を過ごしていることから確認されるように、もっと長い間我慢できる。
【発明の開示】
【０００５】
簡単に述べると、本発明は、周囲の媒体の温度が所定温度以上になると、1方の回転部材を他方の回転部材から急速に結合解除し、周囲の温度が、所定温度より下に戻ると２つの回転部材を急速に再結合させる熱クラッチ・アセンブリからなる。このアセンブリは、半径方向内側回転部材と、半径方向外側回転部材と、軸方向に間隔を開けて離れた一対のリング構造体と、薄いテンション(引張り)・ウェブとからなる。リング構造体の両方とも回転部材の一方に固定されていて、共に回転し、その各々は、少なくと1つのほぼ軸方向の面を有し、この面は他方の回転部材のほぼ軸方向の面と接触する。上記のウェブは、高い引張強度と、容積に対する高い表面積比と、周囲の媒体に対する熱的に効率の良い流動配列と、高い熱伝導度とを有する。ウェブは２つのリング構造体の各々に固定されており、リング構造体のほぼ軸方向の面同士の間に実質的に延びている。このウェブは、他方の回転部材のほぼ軸方向の面同士間の材料よりかなり高い熱膨張係数を有するので、ウェブは、媒体の温度が所定の温度未満では、張っていて、リング構造体のほぼ軸方向の面と、他方の回転部材のほぼ軸方向の面とが係合して２つの回転部材を結合して共に回転させる。周囲の媒体の温度が、所定の温度以上だとウェブは張った状態にはなく、リング構造体のほぼ軸方向の面は他方の回転構造体のほぼ軸方向の面から係合解除し、2つの回転部材は離れ、共に回転しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
上記の要約並びに本発明の好ましい実施例の物理原理および詳細な説明は添付図面と共に読めばより良く理解される。本発明の図示のために、特定の装置および方法が図面に示されているが、本発明は図示の正確な装置あるいは詳細な説明の方法に限定されるものではない。  
【０００７】
本発明が役割を果たしている、上記の制御式降下装置は、背板に固定された３つの非回転シャフトを含む。回転要素は、軸受けのシャフト上を回転する。上シャフトは、ケーブル・スプールを含み、このケーブル・スプールがトルク制限クラッチを介して大きな歯車を駆動する。中央のシャフトはそれより小さい歯車を含み、この歯車は、上記の大きな歯車と係合して、中央のシャフトを４倍早く回転させる。中央のシャフトの第２歯車は、下方シャフトのさらに小さい歯車と係合して、中央のシャフトを更に５倍早く回転する。よって、降下減速装置は、１／２０のトルクでケーブル・スプールより２０倍早く駆動される。本発明の好ましい実施例による高速、低トルク、急速作動熱クラッチが回転下方シャフトと降下減速機構との間に置かれ、温度変化に応じて、回転下方シャフトと降下減速機構とを自動的に離したり、再結合させたりする。
【０００８】
図１は、本発明の好ましい実施例による高速作動熱クラッチ・アセンブリ１を示す。熱クラッチ1は、クラッチ・アセンブリ１が晒されている周囲の媒体の温度(以下周囲温度と言う)が所定の温度以上になると、一方の回転部材を他方の回転部材から急速に離し、周囲温度が所定温度未満になると、回転部材を急速に再結合させるよう機能する。本実施例では、所定の温度を華氏２００度とするが、本発明は、特定の用途ではことなる所定温度でも作用できる。
【０００９】
半径方向内側の回転部材は、本実施例では、快削アンバ36で作製された中空の高速入力シャフト２であって、それが一組のベアリング(本実施例では、２つのケージ引き抜きカップ高速ニードル・ベアリングでその１つのみが図示されている)で降下制御装置の非回転下方シャフト３に支持されている。中空シャフト２は、その軸方向内端で、それを駆動する降下制御装置の小さな歯車(図示略)にしっかりと連結されりおり、一対のほぼ軸方向の面、本実施例では、各端に２つの平らな外側を向いた環状のアンビル面13(外径２.５インチ)を有する。本実施例では、約２インチ離れている。アンビル面13の外側あるいは軸方向外側には、軸方向に間隔を開けて離れているリング構造体があり、本実施例では、２つの圧縮リング５であってその内側、すなわちほぼ軸方向内側に向いている面あるいは端部５ａは、入力シャフト２の平らなアンビル面13と係合し、それに圧縮力を出し、２つの圧縮リング５と平らなアンビル面13との間の摩擦トルクが中空高速入力シャフト２の駆動トルクを超える限り、２つの圧縮リング５と入力シャフト２との間の結合を維持する。２つのブッシュ、この実施例では、グラフアロイ(Graphalloy)ブッシュ６が短時間の離間中入力シャフト２上で離間した圧縮リング５を支持する。半径方向外側の回転部材12の径方向のアームは、圧縮リング５の外側ないし外側軸方向端に硬く取り付けられていて、ウェブ８の張力が圧縮リング５を入力シャフト２に結合させるに足る程高い場合は、圧縮リング５と共に回転して、降下減速機構(図示略)を駆動する。
【００１０】
高い熱膨張材料のテンション・ウェブ８からなり、各端に内側ウェブ・リング９と、外側分割ウェブ・リング10とを備えた接合ウェブ・アッセンブリ７が高温で圧縮リング５の各々に接着され、圧縮リング５同士間のスペースとアンビル面13同士間とにのび、所定温度未満の周囲温度では、圧縮リング５間と低熱膨張中空入力シャフト２の環状アンビル面13に圧縮力を与える。テンション・ウェブ８は、入力シャフト２のアンビル面13同士間の材料よりかなり高い熱膨張係数を有するので、所定温度未満の周囲温度では張った状態にあり、圧縮リング５のほぼ軸方向の面５ａを入力シャフト２のアンビル面13と係合させ２つの回転部材(入力シャフト２と外側回転部材12)とを結合させて、一緒に回転させ、所定温度以上の周囲温度では、張った状態でなく、圧縮リング５のほぼ軸方向の面５ａをアンビル面13から離脱させ、２つの回転部材の結合を離して、一緒に回転させないようにする。
【００１１】
テンション・ウェブ８の張力によって与えられる以上の軸方向の力を出すことなく２つの圧縮リングの間の捩じれ動作を削除するのに、浮動式環状トルク・カラー11を設けるのが好ましい。カラー11の各端には、複数個の等間隔で円周方向に間隔を開けて配された孔18が、本実施例では、16個設けられている。孔18は、カラー11の各端に、おおよそ直径０.０４００インチ、深さ０.２５インチで穿孔するのが好ましい。直径０.０４１０インチ、長さ０.３７５の対応する複数個(１６個)のステンレス鋼ロッド19を、押圧して、孔18に据え付けるのが好ましい。ロッド19は、直径０.０４３０インチ、深さ０.２５インチで各圧縮リング５に穿孔された１６個の一直線上に組み合う隙間孔20にも嵌入する。この隙間孔20と、各カラー11とこれに対応する２.０００インチのアンビル間隔との間のほぼ20 milの軸方向の隙間とにより、確実にカラー11は、軸方向の力を発せず、ロッド19の２.６５７インチ直径位置では、一方の圧縮リング５が他方の圧縮リング５に対し、捩じれるのを４ mil以下(０.２度より小さい角度)に阻止する。
【００１２】
テンション・ウェブ８は、高い引張強度と、容積に対する高い表面積比と、周囲の媒体にたいする熱的に効率の良い流動配列と、高い熱伝導度とを有し、３ milの焼き入れをされた高張力ベリリウム銅(ＢeＣu)で作製されるのが好ましい。あるいは又、同一あるいは類似の特性を有するその他の材料を用いても良い。圧縮リング５、内側ウェブ・リング９、外側ウェブ・リング10に用いられるのが好ましい材料は、所定温度ないしトリガー温度に衝撃を与えないので、エポキシ接着に不当な応力を与えないよう(３００シリーズのステンレス鋼のような)ベリリウム銅とマッチする熱膨張材料で作製できる。また、テンション・ウェブ８と相性のよいその他の材料も特定の用途には用いられる。光化学エッチング、短時間の光エッチングが、好ましいテンション・ウェブ８の好ましい複雑な孔模様14を非常に正確に形成するのには最も経済的な方法である。図２は、光エッチングされた、４.００インチ×９.４１インチの矩形のベリリウム銅製テンション・ウェブ８の中央にある好ましい複雑な孔模様14の拡大図を示す。その他の孔模様を用いてもよいし、あるいは孔がなくてもよい。孔模様14は、９.４１インチの全長に対し、４.００インチのスペースの中央２インチを通って延びている。その結果生じる１４７個の、長さ２インチ、幅０.０３２インチの水平ランド15がクラッチ・アセンブリ１の引張りバンド(帯)としての役目を果たす。それらの間の１４６個のスペース16も、又、幅０.０３２インチで、幅０.００６インチの、図示のように水平から４５度の角度をもった部材17と交互になっている。この角度をもった部材17は、構造上の安定性を提供する大きさであるが、引張りバンド15上に必要な空気の流れを可能にし、テンション・ウェブ８が上記のように機能する。
【００１３】
熱的分析(ふくまれていない)によると、前記した材料と大きさだと、テンション・ウェブ８の熱時定数は、華氏２００度の空気中で１,０００RPMで回転すると、１／２秒より僅かに少ない。
【００１４】
クラッチ・アセンブリ１が以下のように組み立てられると、機械的分析により、全ての応力と力は、十分に上記の制御式降下装置に適用するのに要される範囲内であり、かなりの安全係数も有する。
【００１５】
通常の操作で、通常の周囲温度では、テンション・ウェブ８は、十分な力で両方の圧縮リング５を軸方向内側に引張り、圧縮リング５がスリップすることなく入力シャフト２の環状アンビル面13と確実に係合させ、全ての必要なトルクを入力シャフト２と降下減速機構との間に伝達する。如何なる場合にあっても、(上シャフト(図示略)のトルク・リミタの作用により)その必要とされるトルクが１０５インチ−ポンドを越える事は無い。
【００１６】
テンション・ウェブ８は圧縮リング５上で必要な牽引力を以下のように発展させる。テンション・ウェブ８は先ず各端の内側ウェブ・リング９と外側ウェブ・リング10とに接着(エポキシ樹脂で接着)せられる。最初の接着手順の硬化温度は重要ではない。外側リング10は小さめで、分割されていて、接着工程中クランプ力を提供する。ついで、接着せられたウェブ・アセンブリは、入力シャフト２と、カラー11との上を摺動せられ、ついで、圧縮リング５が、入力シャフト２のアンビル面13に対して圧縮リング５をしっかりと保持する固定装置の中で、華氏２１５度で内側リング９の各々の内側円周面に接着される。
注：アレムコ(Aremco)が勧められるエポキシ樹脂であるが、その他のエポキシ樹脂あるいは接着剤を用いても良い。華氏２００度では２時間で硬化し、３０００psiの引張りせん断強度を呈する。使用可能な温度範囲は華氏−８５度から４００度である。接着工程後室温に戻すと、テンション・ウェブ８の２インチの自由長さが入力シャフト２よりはるかに多く収縮し、こうしてテンション・ウェブ８を張った状態にして、圧縮リング５がアンビル13に圧縮力を出す。
【００１７】
機械的分析
【００１８】
テンション・ウェブ８により出される圧縮力の量は、テンション・ウェブ８の自由長さに関係なく、テンション・ウェブ８とアンバ入力シャフト２との膨張係数と、華氏２１５度(ウェブ・アセンブリ７が圧縮リング５に接着される温度)と１４７個のウェブ・ランド15の横断面積とのみに依存する。計算式は以下のとおりである。
【００１９】
ベリリウム銅８の膨張係数    αＢ＝９.８×１０−６インチ／インチ/°Ｆ
【００２０】
アンバ・シャフトの膨張係数  α１＝０.８×１０−６インチ／インチ/°Ｆ
【００２１】
よって、７０°ＦにおいてΔα＝９.０×１０−６インチ／インチ/°Ｆで温度差は華氏１４５度。
【００２２】
ε＝(Δα)(ΔＴ)であるから、テンションウエブ８の引張り歪みεは１,３０５×１０−６インチ／インチとなる。
【００２３】
ついで、σ＝εＥであり、ベリリウム銅の弾性係数がＥＢ＝１９×１０６psiであるから、テンションウエブ８の引張り応力σは、２４,７９５psiである。
注：ＸＨＭＳを強化するためミル焼き入れされたベリリウム銅合金１９０は、６倍の安全係数を見て１５０,０００psiの降伏強度を生じる。それぞれ−７５°Ｆで、(引張り応力が４９,５９０psiに上昇する場合)安全係数は３倍である。１４７個のウェブ・ランド15の横断面積は、(１４７)(０.０３２)(０.００３)＝０.０１４１１２in２であり、Ｐ＝σＡであるから、引張りウェブ力Ｐ＝(２４,７９５)×(０.０１４１１２)＝３５０ポンドである。よって、室温(約華氏７０度)では、各圧縮リング５は、それと組み合うアンビル面13に３５０ポンドの力を出せる。
【００２４】
各圧縮リング５での圧縮力がスリップ無く出せるトルクの量ＴはrμPに等しい。ここでは、r は１.１２５インチの半径で、μは圧縮リング５とアンビル面13と間の静的摩擦係数で、ここでは、(両部品が無電解ニッケルメッキされ潤滑性が良く、耐摩耗性が高いとして)０.３と仮定する。そうすると、トルクＴ＝(１.１２５)(０.３)(３５０)＝１１８インチ−ポンドとなる。そして熱クラッチ１が華氏７０度で支持できる全トルク２Ｔは２３６インチ−ポンドで、最大１０５インチ−ポンド(上シャフトのトルク・リミタがスリップしてトルクが上昇するのを阻止する)の２倍以上である。華氏１４０度の持続温度でも、熱クラッチ１はそれでも１２２インチ−ポンドで支持できる。各側に１インチ×９.４１インチの大きな接着面積(９.４１in2)を有する場合、せん断応力は華氏７０度で僅か３７psiで、華氏−８５度では、７４psiである。よって、アレムコ６３１・エポキシ樹脂のせん断強度３０００psiは潜在的な(あり得る)クリープ超時間に対し莫大な安全係数を提供する。
【００２５】
熱時定数が設定され機械的パラメータが有効とすると、高速作動熱クラッチ１が、その意図する用途、即ち降下する人が燃える階によって生じる高熱地帯に入ってから出る際に起こる突然の周囲の温度変化に対しどのように機能するか徐々に決定できる。(注：燃える階の高熱地帯の可能性は、ビルの風上のほうが風下よりはるかに少ないが、逃げる人にはビルのどちら側から出て行くのかを選択する贅沢は与えられない。)
【００２６】
以下のシナリオを考えてみてください。
１６０ポンドの人が、高層オフィスの４０階から、上記の制御式降下装置を用いて降りていく。煙が開いた窓から渦巻く３０階へゆっくりと近づいていく。その人の降下速度は毎秒１.３フィートである。８フィートの高さの窓から出てゆく熱い煙の温度は華氏３５０度である。(人がいる)窓の１フィート外側の温度は、華氏２５０度である。窓の下では、温度は周囲の外側温度華氏７０度に戻っている。制御式降下装置の重さは約４０ポンドで背負い袋のようにして身につけている。ケーブルが上から出ていて、熱クラッチ１はほぼ腰の高さに位置している。その時熱クラッチ１によって支持されるトルクは２８インチ−ポンドである。華氏７０度の温度で熱クラッチ１が支持できるトルクは２３６インチ−ポンドである。熱クラッチ１が窓の高熱地帯に降りていくにつれて、熱クラッチ１が支持できるトルク２Ｔは急速に減少する。
【００２７】
1／２秒後(簡単にするため、以下丁度１／２秒を時定数とする) (１,０００RPMで回転する) 熱クラッチ１のテンション・ウェブ８の温度は、華氏１８４度(華氏２５０度と華氏７０度との差の６３.２％に華氏７０度を加えた温度)に達する。その場合華氏１８４度で熱クラッチ１が支持できるトルクは以下のように計算される。
【００２８】
２Ｔ=(２)[(９.０×１０−６)(２１５−７０)−(９.８×１０−６)(１８４−７０)]
(１９×１０６)(０.０１４１１２)(１.１２５)(０.３)＝３４インチ−ポンド。
(注：その引張り応力の急速開放間に関与するのはテンション・ウェブ８だけでアンバ・シャフト２ではないこと考慮して計算している。)更に０.０４秒後、(合計０.５４秒で、総降下量８インチ)、テンション・ウェブ８の温度は華氏１８８度に達する。華氏１８８度では、トルク２Ｔ＝２７インチ−ポンドで、熱クラッチ１はスリップし始める。ついで、更に０.１４秒後(合計０.６８秒で、総降下量約１フィート)では、テンション・ウェブ８の温度は華氏２０３度に達し、その温度では、トルクは０になり、人は１Ｇで自由落下し始め、既に毎秒３.５フィートの速度に達している。
【００２９】
人は、(窓の底部を通り過ぎ)次の７フィートを自由落下する。その自由落下は０.５６秒しかかからず、最後には、毎秒２１.５フィートで落下する。その０.５６秒間では、テンション・ウェブ８の温度は華氏２３４度にまで更に上昇し、テンション・ウェブ８に対する空気の速度は主として降下の速度によって供給され、今や減速したテンション・ウェブ８の回転によるものなので、遅い。
【００３０】
さて、華氏７０度の周囲温度に再突入したので、熱クラッチ１の再結合プロセスが始まる華氏２０３度にテンション・ウェブ８の温度が戻るには０.０９秒しかかからない。その０.０９秒間に人は更に２.１フィート降下し(完全に高熱地帯から脱する)、その間人の速度は毎秒２４.４フィートに増加する。次の０.０４秒では、テンション・ウェブ８の温度は１９２度に下降し、その温度では、トルク２Ｔは２８インチ−ポンドに戻る。その間、人はもう１フィート降下し、速度は毎秒２５フィートになる。その時点では、降下減速機構が当初と同じ速度(１,０００RPM)で駆動されているのだから、加速も減速もない。然し、入力シャフト２は約１９,０００RPMで回転し、熱クラッチ１は未だスリップしている。次の０.２４秒をすぎると、ウェブの温度は華氏１４４度に下降して、２Ｔを１０５インチ−ポンドに上げ、上シャフトのトルクを２,１００インチ−ポンドに上げる、すると上シャフトのトルク・リミタはスリップする。その間、減速は、０Ｇから２.５Ｇに増加し、５.５フィートで降下速度を毎秒２５フィートから毎秒２１.１フィートに下げる。その間ウェブ・アセンブリ７と降下減速機構は約１,９００RPMに加速する。トルク・リミタがスリップすると、アンバ入力シャフト２は１,９００RPMに素早く減速して、ウェブ・アセンブリ７の速度に合致し、熱クラッチ１は最早スリップしない。次いで、トルク・リミタは、(１６０ポンドの人と４０ポンドの背負い袋の合計の重さに対する)２.５Ｇの減速率を、０.２３秒で２.７フィート後に起こる毎秒２.５フィートの速さに降下速度が落ちるまで維持する。すると上シャフトのケーブル・スプールの速度は(上シャフトの歯車の速度に合う)９５RPMに落ち、トルク・リミタは最早スリップしない。それから降下減速機構は０.０３秒後で０.１フィートで最初の毎秒１.３フィートに降下速度をもどし、ケーブル力は７００ポンドから２００ポンドに減少する。(そして減速は２.５Ｇから０Ｇに戻る)。こうしてゆっくりとした降下率が高熱地帯から僅か１０フィート過ぎただけで、再設定される。
【００３１】
一連の出来事の再生
約１フィートと１秒高熱地帯に晒された後、熱クラッチ１は完全に結合を解除し、人は１Ｇに加速されて全高熱地帯を１秒未満で通過する。１度通ると、トルクは１０５インチ−ポンドに増加するので、熱クラッチはスリップしたままで、高熱地帯での再結合が始まる。１０５インチ・ポンドでは上シャフトのトルク・リミタはスリップし、人は最大率で減速する。トルク・リミタがスリップした状態で、人が減速し続けると高速シャフトは１,９００RPMに減速し、熱クラッチ１は完全に再結合する。毎秒２.５フィートでは、トルク・リミタはスリップを止め、通常の降下率が素早く再設定される。最も驚くことには、この一連の出来事は、精密なセンサやコンピュタで駆動する作動器を使うことなく、簡単で、受動的な機械的熱クラッチ１と(上シャフト)のトルク・リミタで自動的に起こる。(必要であれば)その他の高熱地帯でも何度でも起きる。(同じように４０ポンドの背負い袋を背負っている)６０ポンドと３６０ポンドの人にも同様に成功した結果が示せる。違っているのは、通常のゆっくりとした降下率が再設定されるのが、高熱地帯からどれ程はなれているかである。(それぞれ５フィートと、１８フィートである。)
【００３２】
上記のように、華氏２０３度のトリガー温度(この温度ではウェブの引張り力、よってクランプ力が０になる)が、圧縮リング５と、前もって接着されたウェブ・アセンブリ７の内側リング９、外側リング10との間に接着が生じた温度華氏２１５度と異なっていることは明らかである。これはウェブの温度が、非常に嵩高い高速アンバ入力シャフト２だと全く変わらない温度である、１００度以上に変わるのには非常に短い時間だからである。これは急速な遷移状況におけるアンバ入力シャフト２の０.８×１０−６インチ/インチ/°Ｆの小さな熱膨張係数さえ無視し得るものである。
【００３３】
上記の結論は、入力シャフト２をアンバで作製する必要があるか否かの問題を生じさせる。例えば、アンバ入力シャフトを３００シリーズのステンレス鋼と代え、３５０ポンドのウェブ引張り力を圧縮リング５に接着中に特別の固定装置によってウェブ・アセンブリにかけるとする。３００シリーズのステンレス鋼の膨張係数は、ベリリウム銅のものと密に合致し、３５０ポンドの引張り力が室温ならびにその他の持続温度においても維持される。ただ急速な温度変化の間(例えば、燃え盛る階の灼熱を通過する際のような)だけ、ウェブの温度が変化し、入力シャフトの温度は変化しないので、熱クラッチは意図したように結合を解除したり、再結合する。よって、新しいトリガー温度は最初の維持せられている周囲温度を超える特定の温度差にすぎず、好ましい実施例の場合のように特定の実際の温度ではないから、この装置は代替例であって、好ましい実施例ではない。
【００３４】
高速作動熱クラッチの好ましい実施例が本願でかなり詳細に記載され、１つの代替例も上に記載されているが、本発明の範囲内のその他の代替例も実施可能であることを認識することが重要である。当業者であれば、意図した用途と異なる別の用途も発見でき、本発明の広い発明概念から逸脱することなく上記実施例を変更ないし変形できることは分かることである。よって、本発明は、開示されている特定の用途ないし特定の実施例に限定されるものではなく、添付したクレームに定義されている発明の範囲内ないし発明の思想内の全ての用途および全ての実施例をカバーするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好ましい実施例による高速作動熱クラッチの部分破砕立面図である。
【図２】図１のテンション・ウェブの中央部に亘って存在する孔模様の超拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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