(57)【要約】【課題】ブレーキ／クラッチ装置により伝達又は分散される力やトルクの量を増大させる。【解決手段】本発明の空圧エキスパンダ式ブレーキ／クラッチは、外周に環状の摩擦面を備えたドラムのような、第１の動力伝達機構を有している。ドラムの摩擦面の周りでは、複数の弓状補助ブロックセグメントが、円周方向に精密に間隔をあけて隣接している。補助ブロックは、放射方向内側面に、ブレーキ摩擦パッドを有している。膨張式エキスパンダリングは、補助ブロックを囲んでおり、膨張した際に、ブロックを放射方向内側へ付勢し、パッドをドラムの摩擦面へ接触させる。複数の阻流板が、補助ブロックの端部に設けられ、円周方向に隣接するブロック間の隙間へ延びており、ドラムの摩擦面から放射方向外側へ発散される熱に対して蛇行した通路を形成している。これらの阻流板は、膨張式エキスパンダを熱から遮断し、エキスパンダを過熱状態にさせることなく、ドラムの摩擦面が、より高い温度、及び、より優れた動力の伝達／分散で作動することを可能にする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
空圧エキスパンダ式のブレーキ／クラッチ装置であって、
（ａ）第１の動力伝達機構と、
（ｂ）該第１の機構に対して回転可能に配置され、環状の摩擦面を備えた第２の動力伝達機構と、
（ｃ）前記第１の動力伝達機構に対し、前記環状の摩擦面の円周方向に間隔をあける態様で、かつ、前記環状の摩擦面に対して放射方向に移動可能に配置され、各々が摩擦パッドと軸方向へ延びて貫通する複数の穴とを含む、環状配列を成す複数の弓状部材と、
（ｄ）前記第１の動力伝達機構に対し、前記弓状部材の周囲に膨張可能に配置され、前記弓状部材を半径方向に膨張動作させて、前記摩擦パッドを、前記第２の動力伝達機構の環状の摩擦面に対し相対的な回転接触をさせることで、前記第１の動力伝達機構と前記第２の動力伝達機構との間の動力伝達を行う、環状の膨張部材と、
（ｅ）前記第１の動力伝達機構へ連結され、前記複数の弓状部材の各々に対し前記複数の穴の１つを通過して延び、各弓状部材を放射方向にのみ移動させるように作用するトルクバーと、
（ｆ）各弓状部材の対向する端部から隣接する弓状部材間の隙間へ、円周方向に延びる阻流板部材と、を含み、
隣接する弓状部材の前記阻流板部材により、前記隙間に、前記環状の摩擦面から前記膨張部材へ放射エネルギーを発散するための、蛇行した通路が形成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記阻流板部材の各々が、夫々の弓状部材と、１つの部材として一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記複数の弓状部材が、アルミニウム製であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記複数の弓状部材が、６０６１アルミニウム合金製であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記複数の弓状部材がアルミニウム製であり、前記阻流板部材が亜鉛メッキ鋼製であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
各弓状部材が複数の阻流板部材を含んでおり、隣接する弓状部材間の隙間へ延びる前記阻流板部材が、互い違いに配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記第１の動力伝達機構は、軸方向へ間隔をあけて配置される一対のプレート部材を有しており、前記トルクバーの対向する各端部が、前記一対のプレート部材の夫々へ接続されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記摩擦パッドが、取付手段により前記複数の弓状部材の各々へ固定されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記第２の動力伝達機構は、前記環状の摩擦面が外周面に配置されたドラムを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
エキスパンダ式ブレーキ／クラッチの製作方法であって、
（ａ）第１の動力伝達機構を設ける工程と、
（ｂ）環状の摩擦面を備える第２の動力伝達機構を設け、該第２の動力伝達機構を前記第１の動力伝達機構に対して回転可能に配置する工程と、
（ｃ）間隔をあけて配置され軸方向へ貫通する複数の穴を各々が有する複数の弓状部材を、前記環状の摩擦面の円周方向に間隔をあける態様で環状配列となるように配置し、各弓状部材に摩擦パッドを設置する工程と、
（ｄ）前記弓状部材の配列の周囲に環状の膨張部材を配置し、該膨張部材を前記第１の動力伝達機構へ固定する工程と、
（ｅ）前記複数の穴の１つを通過させて各弓状部材にトルクバーを配置し、該トルクバーの対向する端部を前記第１の動力伝達機構へ連結して、前記弓状部材を前記環状の摩擦面に対して放射方向へのみ移動可能にする工程と、
（ｆ）各弓状部材の端部に少なくとも１つの阻流板部材を設け、該阻流板部材を配列状に隣接する弓状部材間の隙間へ延ばして、該隙間で前記摩擦面から前記膨張部材へ発散される放射エネルギーに対して、蛇行した通路を形成する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの阻流板部材を設ける工程は、前記少なくとも１つの阻流板部材を、夫々の弓状部材と、１つの部材として一体的に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの阻流板部材を設ける工程は、前記阻流板部材を取付手段により前記弓状部材へ取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記トルクバーを配置する工程は、前記第１の動力伝達機構に軸方向へ間隔をあけて一対のプレート部材を設置し、前記トルクバーの対向する端部を前記一対のプレート部材の夫々へ接続する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記摩擦パッドを設置する工程は、前記摩擦パッドを取付手段により前記弓状部材へ取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
環状配列の前記複数の弓状部材を配置する工程は、前記複数の弓状部材をアルミニウムで形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の弓状部材を形成する工程は、前記複数の弓状部材を６０６１アルミニウム合金で形成する工程を含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの阻流板部材を設ける工程は、前記弓状部材をアルミニウムで形成し、前記少なくとも１つの阻流板部材を亜鉛メッキ鋼で形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
前記環状の摩擦面を備える前記第２の動力伝達機構を設ける工程は、前記環状の摩擦面を外周面に形成したドラムを設ける工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空圧エキスパンダ式のブレーキ／クラッチ装置、及び、この装置の製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、シャフト間の、或いは、シャフト又はドラムと固定部材との間の動力伝達に、ブレーキをかける又は接触する必要がある場合の、ケーブルドラムや船用プロペラシャフト等の回転部材及び回転機器における、ブレーキ又はクラッチの動力伝達へ適用される、空圧エキスパンダ式のブレーキ／クラッチ装置に関するものである。このような装置は、例えば、３００，０００ニュートンメートル（Ｎ．ｍ）のトルク制御が可能であり、又、例えば、粉砕ミル、船舶推進機、金属加工機器、及び、油田機器等の用途のために、７７インチ（１９３ｃｍ）以上の径を有している、ブレーキやクラッチといった、軸動力の実際量を伝達又は分散（dissipate）するために利用されることが多い。このような相対的に大きい空圧式のブレーキ／クラッチは、周囲に摩擦接触面を有するドラムを利用することができ、その摩擦接触面には、弓状に形成され円周方向に配置された複数の補助ブロックの配列上の、摩擦パッドが押し当てられる。弓状補助ブロックの配列を囲っている、膨張可能な環状リング又はエキスパンダの作用の下で、補助ブロックは、ドラムの摩擦面に対して摩擦部材又は摩擦パッドを押し当てる。
【０００３】
稼動中、そのような相対的に大きいブレーキ／クラッチは、ブレーキ／クラッチ動作の間に、ドラムの摩擦面に熱が発生する。そして、この熱は、ドラムの周りに設置された複数の弓状補助ブロック間の隙間において、外側へ向かって放射される。従来、そのような大きなブレーキ／クラッチの稼動中に、ドラムの摩擦面上の温度が約６００°Ｆ（３１５°Ｃ）に達した場合、弓状ブロックを囲っている膨張部材の温度は、膨張リングに利用されている材料（主としてゴム）の使用限界温度である、２５０°Ｆ（１２１°Ｃ）を超える虞があると判明している。このように、膨張リングのこの温度限界は、ドラムの摩擦面上で上昇する許容温度、すなわち、ブレーキ／クラッチ装置により伝達又は分散される力の量に制限をかけるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、所与の大きさのドラムの摩擦面について、エキスパンダリングの過熱を引き起こすことなく、ブレーキ／クラッチ装置により伝達又は分散される力やトルクの量を増大させるために、空圧式ブレーキ／クラッチ装置の、ドラムの摩擦面の表面温度を増大させることができる、方法又は手段を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、特定の回転動力伝達機構上の環状の摩擦面と、環状に配列された複数の弓状ブロックとを採用した形態の、空圧エキスパンダ式ブレーキ／クラッチについて、説明及び図解するものである。複数の弓状ブロックは、環状の摩擦面の周囲に円周方向に配置されており、又、弓状の補助ブロックの周囲にそれらに近接して円周方向に配置される、空気で膨張する環状の膨張リング又はエキスパンダによって、第１の動力伝達機構上の環状の摩擦面に対して押し当てられる、摩擦部材又はブレーキパッドを有している。隣接する弓状の補助ブロック間の隙間には、円周方向に重なる又は互い違いの配置で、その隙間へ延びる複数の阻流板（baffles）が付与されている。これらの阻流板は、第１の動力伝達機構上の摩擦面から発散される放射熱が、放射方向外側へ発散され、ゴム製の膨張式エキスパンダリングを、その通常の使用限界温度以上に照射又は加熱することを防止するものである。これらの阻流板は、既存のブレーキ／クラッチ装置に対して、第１の動力伝達機構上の、環状摩擦面の作用時の温度を、劇的に増大することができる。従って、環状摩擦面の大きさ、及び、第１の動力伝達機構の大きさを増大させることなく、既存のブレーキ／クラッチ装置の動力の伝達／分散能力が、実質的に増大される。
【０００６】
ある形態では、阻流板が、ブレーキパッド補助ブロックと一体的に形成されて、それらの端部から延びており、又、別の形態では、阻流板が、分離した部材であり、取付手段によって既存のブレーキパッド補助ブロックへ取り付けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明はこのように構成したので、空圧式ブレーキ／クラッチ装置のドラムの摩擦面の表面温度を増大させることができ、ブレーキ／クラッチ装置により伝達又は分散される力やトルクの量を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】空圧エキスパンダ式ブレーキ装置の、回転ドラムの周囲に配置される環状摩擦面を有する形態の正面図である。
【図２】図１の形態の一部の断面を左側から示した断面図である。
【図３】内部構成が見えるように一部を取り除いた、図１の形態の斜視図である。
【図４】図３の形態の構成部材であるブレーキブロック、摩擦パッド、トルクバー、パッドの戻しばねの斜視図である。
【図５】一体的に形成された阻流板を備えた、図３の装置で使用するための別形態の弓状ブレーキ補助ブロックの斜視図である。
【図６】取付手段により取り付けられた阻流板を有する、図５の弓状ブレーキ補助ブロックの代替形態の部分的な斜視図である。
【図７】空圧エキスパンダ式クラッチ装置として適用された本発明の形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜図４を参照すると、空圧エキスパンダ式ブレーキの１つの形態は、全般的に符号１０で示されており、間隔をあけて配置された環状プレート１２、１４を有する、ステータ式の第１の動力伝達機構を含んでいる。環状プレート１２、１４は、ボルト１８といった適切な取付手段によって、周囲にフランジが設けられた環状チャネル部材１６の形態をしたスペーサへ取り付けられている。チャネル１６の軸方向の幅は、ステータプレート１２、１４に所望の間隔を与えるものである。全般的に符号２０で示されるブレーキドラムは、プレート１２、１４の間に、これらと同心円状に配置されており、外側に環状摩擦面２４を有するドラムを備えたシャフト２２の形態の、第２の動力伝達機構に配置されている。摩擦面２４は、ステータプレート１２、１４に対して回転するようにシャフト２２へ取り付けられたウェブ２８により支持される、リムフランジ２６の外周面を構成している。
【００１０】
全般的に符号３０、３０’で示される複数の弓状部材は、摩擦面２４の周囲に、円周方向に間隔をあけた環状配列となるように配置されており、又、後述するように、ステータプレート１２、１４への接続によって、第１の動力伝達機構へ設置されている。
【００１１】
図３、図４を参照すると、各弓状部材３０は、環状の摩擦面２４と摩擦接触するのに適した材料の、摩擦パッド３４の形態をした摩擦材が取り付けられた、弓状のブレーキ補助ブロック（brake backing block）３２を含んでいる。本実施例では、摩擦パッド３４が、例えばリベット等の適切な取付手段３７によって、ブレーキブロック３２へ取り付けられている。
【００１２】
ブレーキ補助ブロック３２は、図４において、円周方向に間隔をあけて配置され、軸方向に延びて貫通した３つの（複数の）穴若しくは通路を有して図示されている。真中の穴は、弓状のブロック３２の中央に配置されて符号３８で示されており、外側の穴は、符号３６で示されている。
【００１３】
図５を参照すると、別の形態のブレーキ補助ブロックが、符号３２’で示されており、中央の穴３８’及び４つの外側の穴３６’を含む、５つの軸方向穴を有している。他方では、図４に示されている弓状のブロック３２は、軸方向に延びる中央の通路又は穴３８と、その向かい合う円周方向側の各々に、符号３６で示されている、軸方向に延びる１つの通路３６とを備えている。弓状のブレーキ補助ブロック３２、３２’の何れかを、環状のステータプレート１２、１４の間に配置することができ、又、選択されたブロックは、それらの中に、対向する端部に突起部又はピン４２、４４が形成されたトルクバー４０により固定され、これらの突起部４２、４４は、ステータプレート１２、１４の夫々が備える孔４６、４８に係合する。トルクバー４０の幅は、ブレーキブロック３２、３２’の、環状の摩擦面２４に対する放射方向への滑り移動を可能にする態様で、ブレーキ補助ブロックの中央の穴３８、３８’の側面と密接に嵌合するように、選択される。しかしながら、トルクバー４０の幅が、対応するブレーキ補助ブロック３２、３２’の、円周方向への如何なる移動を防止する大きさであることは、理解されるであろう。ブレーキブロック３２、３２’の夫々には、ブロックを放射方向外側へ付勢するように、板ばね４７の形態をした戻しばねが与えられる。ばね４７は、本実施例では、弓状の板ばねを構成することが好ましいと分かる形態で図示されており、その端部が、トルクバー４０に合わせられ、弓状のばねの中央部分が、中央の穴３８、３８’の夫々の面に合わせられている。
【００１４】
弓状のブレーキブロック３２、３２’の夫々の形態は、それらの対向する円周方向の端部に、夫々符号５０、５２及び符号５０’、５２’で示される、少なくとも１つの阻流板部材を備えており、これらの阻流板部材は、弓状部材３０間に形成される隙間の、円周方向の幅と略等しい量だけ、円周方向に延びている。本実施例では、円周方向に隣接している弓状の補助ブロック３２、３２’から延びている阻流板部材が、弓状部材３０間の隙間へ、夫々異なる放射方向の位置で延びるように、ブレーキ補助ブロック３２、３２’における阻流板部材５０、５２及び５０’、５２’の位置が、放射方向に互い違いになることが好ましいと分かる。この配置は、第１の動力伝達機構の環状の摩擦面２４やドラムから発散される、熱エネルギー等の放射エネルギーに対して、蛇行した経路を提供するものであり、その熱エネルギーは、放射方向外側へ直接的に流れることが実質的に防止され、又、弓状部材３０に配置され全般的に符号５４で示される、環状の膨張部材又はエキスパンダへ伝わることが実質的に防止される。
【００１５】
本実施例において、環状の膨張部材又はエキスパンダ５４は、ゴム材料の層５５と、それらの間を補強する、図３に符号５６で示されている織材料（corded material）の層とから形成することができる。膨張部材５４は、ステータプレート１４を貫通して接続される空気流入管継手５８を有しており、この空気流入管継手５８は、ブレーキブロックのパッド３４を、ブレーキ作用のために、第１の動力伝達機構の環状の摩擦面２４へ接触させる必要がある場合に、膨張部材５４へ空気圧を供給するための外部接続に適したものである。
【００１６】
図４及び図５を参照すると、この実施例では、ブレーキ補助ブロック部材３２、３２’が、夫々の阻流板部材５０、５２及び５０’、５２’と、１つの部材として一体的に形成されている。本実施例では、一体の弓状ブロック部材３２、３２’が、アルミニウム材料で形成されることが好ましいと分かっており、特に、６０６１アルミニウム合金（6061 aluminum alloy）が好ましいと判明している。しかしながら、例えば、ニッケル及び鋼の合金等の、他の適切な材料を採用してもよいことは理解されるであろう。本実施例では、加工の容易さ、低重量、低コストという点で、アルミニウムを選択している。
【００１７】
弓状のブレーキブロックの符号３２、３２’の形態では、１つの阻流板部材のみ図示しているが、互い違いに間隔をあけて配置される、複数の阻流板部材５０、５２及び５０’、５２’を採用してもよいことは、理解されるであろう。
【００１８】
図６を参照すると、全般的に符号６０で示される阻流板部材の代替形態は、横断面で直角形状を有しており、弓状のブレーキブロック３２”（その一部が穴３６”を破断して図６に示されている）の端部へ、ねじ６４等の適切な取付手段によって取り付けられるように、阻流板に沿って設けられたフランジ６２を備えている。
【００１９】
図７を参照すると、本空圧エキスパンダ式ブレーキ／クラッチが、全般的に符号１００で示される回転クラッチとして図示されており、これは、キー溝１０８によってハブ１０６を回転駆動させる入力シャフト１０４を含む、全般的に符号１０２で示される第１の動力伝達機構を有している。シャフト１０４は、その端部に回転可能に接続され、図７に破線で示されている中心通路１１２を通して、複数の放射方向ポート１１４、１１６へ空気を供給するための空気供給管継手１１０を有している。複数の放射方向ポート１１４、１１６は、シャフト１０４内に形成され、破線で示されており、ハブ１０６内の通路１１９を通して、ハブ１０６に備えられた管継手１２０へ空気を供給するものである。ハブ１０６には、円周方向に間隔をあけた複数のボルト１２４によって、外側環状駆動リング１２２が連結されている。リング１２２は、外側環状フランジ１２６を有しており、このフランジ１２６を貫通して、チューブ１３０により管継手１２０へ接続される流体管継手１２８が受けられている。環状チャネル部材１３２は、軸方向に間隔をあけて、一対の環状フランジ１３４、１３６を備えており、これらは、ボルト１４２等の適切な取付手段によって、環状リング１３８、１４０に連結されている。
【００２０】
チャネル１３２の内周側には、環状の膨張部材１４４が配置されており、更に膨張部材１４４の内周側には、複数の弓状（環状）補助部材１４６が、円周方向に間隔をあけて配置されている。各補助部材１４６には、摩擦パッド１４８が取り付けられている。
【００２１】
全般的に符号１５０で示されている第２の動力伝達機構は、キー溝１５６によってハブ１５４へ駆動可能に接続されたシャフト１５２を有している。ハブ１５４は、円周方向に間隔をあけた複数のボルト１６２によってハブと固定される、環状フランジ１６０が取り付けられている。フランジ１６０は、環状ドラム１５８へ連結されている。ドラム１５８は、外周側に形成される環状の摩擦面１６４を有しており、摩擦面１６４は、膨張部材１４４の膨張に際し、シャフト１５２がクラッチング（clutching）及び連結されてシャフト１０４の回転に作用するように、摩擦パッド１４８により摩擦係合される。弓状のブロック部材１４６が、符号１０で示される形態のような方法でトルクバーにより固定され、そして、弓状のブレーキ部材１４６の各々が、阻流板５０、５２と同じ態様で、円周方向の端部から延びる阻流板部材を有することは、理解されるであろう。
【００２２】
このように、本開示は、第１の動力伝達機構に配置される、摩擦部材又はブレーキパッドを備えた弓状の補助部材又はブレーキブロックを有する、空圧エキスパンダ式ブレーキ／クラッチについて記述したものであり、弓状の補助部材又はブレーキブロックは、円周方向に間隔をあけて配置されており、流体の圧力供給源への接続に対応した環状の膨張部材により囲まれている。膨張部材が膨張する際、弓状部材は、放射方向内側へ付勢され、ブレーキパッドを第２の動力伝達機構の環状摩擦面へ摺接させる。各ブレーキブロックは、対向する円周方向の端部から、隣接する弓状部材間の隙間へ延びる阻流板部材を有している。従って、これらの阻流板は、蛇行した通路を作り出して、第２の動力伝達機構の環状摩擦面から放射方向外側へ発散される放射エネルギーの、直接的な伝達を防止すると共に、膨張部材の表面の加熱を防止するものである。このため、阻流板は、摺接中に環状の膨張部材の温度を増大させることなく、第２の動力伝達機構の環状摩擦面へ、実質的により優れた稼動温度を提供可能である。従って、既存のブレーキ／クラッチの仕様に対して、これらの大きさを変更することなく、内部を上記の弓状補助部材に置き換えることで、本発明のブレーキ／クラッチ装置によって、実質的により優れた量のトルクを伝達する又は取り込むことが可能となる。
【００２３】
本実施例では、既存のブレーキ／クラッチの、特定の動力伝達機構上の環状摩擦面の表面温度が６００°Ｆ（３１５°Ｃ）に達した場合、膨張部材の温度が２５０°Ｆ（１３１°Ｃ）を超えて過熱状態となり、これにより膨張部材にダメージが発生することが判明している。しかしながら、本開示に従って、既存のブレーキ／クラッチの弓状補助部材へ阻流板部材を適用した場合は、膨張部材の温度が２５０°Ｆ（１３１°Ｃ）を超えることなく、環状摩擦面の温度が１２００°Ｆ（６４８°Ｃ）へ達することを許容できる。これにより、所与の大きさの動力伝達機構を有する空圧エキスパンダ式ブレーキ／クラッチ装置に対して、開示の阻流板部材を弓状部材に装着することで、発生する又は取り込む力及びトルクを、４０％向上させることが可能となる。
【００２４】
上述の詳細な説明を読んで理解すると、明らかに、他への改変及び変更が発生する。そのような改変及び変更が添付クレームの範囲内にある又はそれらと同等である限り、本明細書で説明した模範的な形態は、そのような改変及び変更の全てを含むものとして解釈されることを意図したものである。
【符号の説明】
【００２５】
１０：空圧エキスパンダ式ブレーキ、１２、１４：環状プレート、２０：ブレーキドラム、２４：環状摩擦面、３０、３０’：弓状部材、３４：摩擦パッド、３６、３６’３６”：外側の穴、３７：取付手段、３８、３８’：中央（真中）の穴、４０：トルクバー、５０、５０’、５２、５２’、６０：阻流板部材、５４：膨張部材又はエキスパンダ、６４：ねじ（取付手段）、１００：空圧エキスパンダ式ブレーキ／クラッチ、１０２：第１の動力伝達機構、１４４：環状の膨張部材、１４８：摩擦パッド、１５０：第２の動力伝達機構、１５８：環状ドラム、１６４：環状の摩擦面
【図１】
2016003664.tif 000002
【図２】
2016003664.tif 000003
【図３】
2016003664.tif 000004
【図４】
2016003664.tif 000005
【図５】
2016003664.tif 000006
【図６】
2016003664.tif 000007
【図７】
2016003664.tif 000008